WO2024056469A1 - Flächige drucksensoreinheit - Google Patents

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WO2024056469A1
WO2024056469A1 PCT/EP2023/074356 EP2023074356W WO2024056469A1 WO 2024056469 A1 WO2024056469 A1 WO 2024056469A1 EP 2023074356 W EP2023074356 W EP 2023074356W WO 2024056469 A1 WO2024056469 A1 WO 2024056469A1
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WO
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tracks
conductor tracks
pressure sensor
material layer
sensor unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/074356
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heini SEGER
Original Assignee
Karma Technologies Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karma Technologies Ag filed Critical Karma Technologies Ag
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    • 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
    • G01L1/142—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 using capacitors
    • G01L1/144—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 using capacitors with associated circuitry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A61B5/447—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis specially adapted for aiding the prevention of ulcer or pressure sore development, i.e. before the ulcer or sore has developed
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6887—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient mounted on external non-worn devices, e.g. non-medical devices
    • A61B5/6892—Mats
    • G—PHYSICS
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    • G01L1/142—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 using capacitors
    • G01L1/146—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 using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0247—Pressure sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
    • A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements

Definitions

  • the present invention relates to a flat pressure sensor unit, in particular a pressure sensor sheet, in particular a textile pressure sensor sheet, and a method for producing such a pressure sensor unit.
  • Optimal patient monitoring is an increasing problem, particularly due to understaffing in the nursing sector.
  • Technical solutions can provide a remedy here and ensure greater safety and relief in patient care.
  • US 5,144,284 discloses a mat with pressure sensors that can be placed on a bed to monitor a patient's movement.
  • WO 2012/153263 A1 relates to a sensor cushion with pressure sensors for sleep monitoring.
  • WO 01/75924 A1 describes pressure sensors in the form of an electrically conductive fabric. It is mentioned that such a sensor fabric can be used in combination with a mattress.
  • EP 1 269 502 B1 discloses a sensor mat with an electrically conductive layer.
  • EP 3 736 364 A1 shows a textile sensor mat for a bed, the sensor mat being used to determine the pressure distribution in bedridden people.
  • EP 3 447 463 B1 from Sefar AG discloses a textile pressure sensor.
  • a first fabric layer has electrically conductive threads that extend in a first direction.
  • a second fabric layer with electrically conductive threads extends in a second direction that is perpendicular to the first direction.
  • a piezoresistive third fabric layer is arranged between the two fabric layers. This third layer of fabric changes its resistance and thus its electrical conductivity depending on the pressure force. If a measuring current is applied to the electrically conductive threads and the mat is subjected to pressure, the electrical resistance changes at the crossing areas. This change serves as a measure of the applied pressure and can be recorded by a control unit.
  • An FPGA Field Programmable Gate Array
  • ADC analog-to-digital converter
  • Each matrix column i of n is turned on individually, with the others being deactivated.
  • the voltages in the m rows then correspond to those at the intersection areas of the m rows of the i-th column. These voltages of the m lines are passed on to multiplexers and fed into the ADCs.
  • the next column i+1 is switched on and the corresponding voltages are passed on in the m rows. How the individual multiplexers are controlled is not described.
  • Querying column by column results in a data series that corresponds to the pressure distribution.
  • n ADC's and n associated multiplexers are required. It is stated that 128x128 sensor points can be forwarded to a computer at 40 frames per second. An image analysis is then carried out.
  • WO 2022/146612 A1 discloses a textile material that has capacitive, inductive and NFC sensors.
  • the sensor lines are sewn on.
  • the material can be used as a trouser pocket.
  • the pressure sensor unit has first conductor tracks and second conductor tracks and a middle layer arranged between the first and second conductor tracks.
  • the first and second conductor tracks cross each other at a distance through the middle layer, whereby crossing points are formed in order to use sensors to detect a change in distance between the first and second conductor tracks caused by external pressure.
  • the first and second conductor tracks are sewn onto at least one layer of material.
  • the first and second connecting panels are sewn on the at least one layer of material.
  • the middle layer extends as a flat material along a plurality of first and second conductor tracks.
  • the middle layer is formed by individual sections that are spaced apart from one another. The sections are located at least in the intersection areas of the first and second conductor tracks. Their shape is, for example, oval, round or rectangular. Preferably, the total area of all the distances between the sections is many times larger than the total area of all the sections. Training in sections has the advantage that the pressure sensor unit, in particular the sensor sheet, can be made more flexible. It is therefore more comfortable to use. It is also easier to fold and requires less storage space.
  • the pressure sensor unit according to the invention is suitable for use as a pressure sensor sheet. However, it can also be connected to or integrated into other bodies.
  • the pressure sensor unit is particularly suitable for use in, on or on bodies that the human body uses for lying or sitting. For example, it can be part of a mattress, a bed frame, a lounger, an armchair, a chair, a sofa or a car seat.
  • the terms “pressure sensor sheet” and “sensor sheet” are used below. However, they also include the mentioned embodiments integrated into other bodies, placed on other bodies or connected to other bodies.
  • section point also includes the term “intersection area”.
  • “sewing”, “sew on” and “sew on” means attaching elements, e.g. cables or wires, to a layer of material using stitches.
  • “Embroidery” in this text is the creation of patterns on the material layer by attaching elements to the material layer using stitches.
  • the “middle layer” is also called the sensor layer because it does not necessarily have to be arranged between two layers, but can itself form an upper layer.
  • “Meanage” is to be understood in relation to the arrangement between the spaced-apart intersecting first and second conductor tracks.
  • the term “bed frame” includes all surfaces on which a mattress or lying surface rests.
  • the sensor formed in the crossing points is preferably a capacitive sensor, as described in the publications or patent applications mentioned at the beginning, in particular in EP 21 200 161.4 dated September 30, 2021, which has not yet been published.
  • the crossing points or crossing areas act like capacitors or electrical resistors.
  • the capacitance of a capacitor changes indirectly in proportion to the distance between its two capacitor plates. This means that the capacity at an intersection changes when a person lies on this intersection and thus compresses the middle class. If an electrical voltage is applied to the first and/or second conductor tracks, the change in capacitance results in a change in resistance. This change in resistance can be detected using a voltage divider. Since the first and second conductor tracks are sewn onto the at least one layer of material, production is massively simplified. It is also advantageous that the first and second conductor tracks can be arranged in any pattern. They form an embroidery pattern. They are thus embroidered.
  • Each conductor track is preferably embroidered separately from the other conductor tracks.
  • the connecting panel is preferably embroidered separately from the other connecting panels. "Separate" in this text means with separate stitches.
  • the connection to the at least one electronic unit is simplified.
  • the electronics unit can now be made relatively small. In particular, it can be arranged in a relatively small area of the sheet. For example, in a corner area or a portion of an edge of the sheet. The flex prints no longer have to extend over almost the entire length and width of the sheet.
  • Another advantage is that the pressure sensor sheet can be folded up more easily since the at least one electronic unit arranged on or on the sheet is designed to be relatively small.
  • the first and second conductor tracks and the first and second connecting tracks are sewn on using a thread, for example a textile or plastic thread.
  • a thread for example a textile or plastic thread.
  • the thread is not electrically conductive.
  • the stitches are separated from each other so that the thread is linked to itself after each stitch. In preferred embodiments, however, a thread extending over several stitches, preferably over an entire length of a conductor track or connecting track, is used. This allows the use of one Sewing or embroidery machine.
  • the stitches penetrate the material layers or the thread only runs in an outer part of the layer.
  • the use of an embroidery machine has the advantage that the patterns of the conductor tracks and connecting tracks to be achieved can be easily programmed into the control module of the embroidery machine and the pattern can be generated fully automatically.
  • the first and second conductor tracks and the first and second connecting tracks are attached to the at least one material layer exclusively by sewing onto the at least one material layer. This simplifies production.
  • first and second connecting tracks and the first and second conductor tracks are separate components that are connected to one another. For example, they are soldered together or connected by crimping.
  • extensions of the first and/or second conductor tracks form the first and second connecting tracks, respectively, whereby the first and/or second connecting tracks are formed in one piece with the first and second conductor tracks. There are therefore no additional tracks present, but rather the first and/or second conductor tracks extend to at least one electronic unit. This simplifies production and reduces interference signals.
  • the first conductor tracks form rows of a grid, the rows having ends that define two opposite first sides of the grid.
  • the second conductor tracks form columns of this grid, the columns having ends which define two opposite second sides of the grid.
  • the first connecting tracks leading away from the first conductor tracks lead along at least one of the two first sides of the grid to at least one of the two second sides of the grid.
  • the first and second connecting tracks are connected to the at least one electronic unit on the at least one second side of the grid. Since the first and second connecting tracks are guided to the electronic unit outside the shape formed by the grid, they do not influence the crossing points and thus the individual sensors. In addition, this pattern is quick and easy to sew or embroider, making production easier.
  • first and second conductor tracks and/or the first and second connecting tracks electrically conductive threads, wires or cables. They are preferably flat or round in cross section. They are preferably silver-coated copper wires or other wires that have optimal conductivity.
  • the first and second conductor tracks preferably have no electrical insulation.
  • the first and second connecting tracks are electrically insulated or they also have no electrical insulation.
  • first and second conductor tracks form the first and second connecting tracks, respectively, they are preferably electrically insulated in the area in which they form the first and second connecting tracks and they have no electrical insulation in the remaining area. In other embodiments, they have no electrical insulation over their entire length. This is particularly true if the area that forms the connecting paths runs outside the pattern formed by the crossing points.
  • the pressure sensor sheet preferably has at least one flexprint, which forms the electronic unit.
  • Flexprints are thin, flexible circuit boards. They are usually etched, copper-coated foils, preferably made of plastic. The flexprints can be easily arranged on the sensor sheet or incorporated into the sensor sheet. They do not increase the thickness of the sheet or only increase it minimally.
  • the first and second connecting tracks are connected to the at least one electronic unit by crimping. This is a simple, quick and secure coupling of electronic components.
  • the material or the fabric between the conductor tracks of the individual columns is preferably designed to be electrically non-conductive, so that these conductor tracks are galvanically separated from one another.
  • the middle layer is therefore preferably a dielectric or electrically insulating.
  • the middle class is preferably homogeneous. It preferably consists of a material that changes its thickness proportionally in the range of the expected external pressure and thus changes its electrical conductivity in proportion to the pressure exerted.
  • the middle layer preferably consists of Carbotex®, a material sold by Sefar AG material, or from SEFAR® PressSense, a material manufactured by the same company. Other materials that serve as sensor elements can also be used.
  • the pressure sensor sheet has different layers.
  • the first conductor tracks and the first connection tracks are sewn on a first material layer and the second conductor tracks and the second connection tracks are sewn on a second material layer, with the middle layer being arranged between the first and second material layers.
  • the first material layer, the second material layer and the middle layer are formed together from a composite material, with the first and second conductor tracks and the first and second connecting tracks being sewn onto the composite material.
  • the first material layer, the second material layer and the middle layer are self-supporting material webs that are joined together after the first and second conductor tracks and the first and second connecting tracks have been sewn on.
  • the first conductor tracks are sewn onto a self-supporting material layer.
  • the second conductor tracks are sewn on the middle layer.
  • the self-supporting material layer and the middle layer are connected to one another by sewing on the second conductor tracks.
  • care is preferably taken to ensure that stitches that would damage the first conductor tracks are skipped, i.e. not carried out.
  • the first connecting lines and the second connecting lines are preferably sewn onto the self-supporting material layer.
  • the electronic units, in particular the flexprints are also sewn onto the self-supporting material layer.
  • the electronic units can also or alternatively be glued on or attached in another way.
  • the middle layer is preferably smaller than the self-supporting material layer.
  • the self-supporting material layer is preferably a nonwoven fabric, a felt, a milled fabric or a knitted fabric.
  • the first and second material layers are preferably each one or a common textile material layer, preferably a woven fabric, knitted fabric, a milled fabric, knitted fabric, braid, stitched fabric, nonwoven fabric or felt.
  • the first and second conductor tracks are sewn in a first predetermined pattern onto at least one material layer and the first and second connecting tracks are sewn in a second predetermined pattern onto the at least one material layer, leading from the first and second conductor tracks to the at least one electronic unit and wherein the first and second connecting tracks are connected to the at least one electronic unit.
  • the pressure sensor sheet according to the invention is preferably, but not necessarily, arranged in a protective cover that surrounds the at least one layer of material.
  • the pressure sensor sheet can be placed on a mattress, forming the top layer of the bed, or it can be placed between the sheet and mattress. It can have means for fixing it to a mattress, such as loops that are placed around the corners of the mattress or it can be stretched over the mattress like a so-called fitted sheet. In these or other embodiments, it is placed on the mattress and fixed by a sheet placed on top.
  • the pressure sensor sheet can also be placed between the mattress and the bed frame. Depending on the embodiment, it can preferably be attached to the mattress and/or the bed frame. It can also be located inside the mattress or already firmly connected to the mattress by the manufacturer. It can also be firmly connected to the bed frame by the manufacturer.
  • the inventive sewing of the conductor tracks and the connecting tracks or the embroidery of the patterns is particularly advantageous if the sensor sheet is to form a unit with the mattress or the bed frame.
  • the pattern can be easily adapted to the corresponding load pattern of the mattress or bed frame. This means that places that require special attention when selecting a specific mattress or bed frame in order to ensure that lying down is as painless or comfortable as possible can be provided with corresponding sensor patterns in the sensor sheet.
  • Sensor sheets can be easily produced whose crossing points, ie their pressure patterns, are adapted to the arrangement of the springs of a spring mattress, the arrangement of the slats of a slatted frame, the arrangement of a mattress base of a slatted frame and the distribution of the air chambers of a foam mattress.
  • the number of crossing points that a sensor sheet should have can also be flexibly selected. If the pressure sensor unit is planned for use in one of the other application areas mentioned above, so The crossing points can be arranged during the production of the pressure sensor unit according to the needs of this area of application.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a patient bed with a pressure sensor sheet according to the invention of a pressure sensor system according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of the pressure sensor sheet according to the invention in a first embodiment
  • Figure 3 shows a schematic representation of the pressure sensor sheet according to the invention in a second embodiment
  • Figure 4 shows a schematic representation of the pressure sensor sheet according to the invention with connecting strips and flexprints
  • Figure 5 is a photo of part of the sheet according to the invention in a third embodiment
  • Figure 6 is a photo of part of the sheet according to Figure 5;
  • FIG. 1 a schematic representation of a bed structure with a pressure sensor sheet according to the invention in a first variant of use
  • Figure 8 is a schematic representation of a bed structure with a pressure sensor sheet according to the invention in a second variant Use
  • Figure 9 is a schematic representation of a bed structure with a pressure sensor sheet according to the invention in a third variant
  • Figure 10 is a schematic representation of a bed structure with a pressure sensor sheet according to the invention in a fourth variant
  • Figure 11 shows a schematic representation of a bed structure with a pressure sensor sheet according to the invention in a fifth variant
  • Figure 12 is a schematic representation of a bed frame according to the status of
  • Figure 13 shows a schematic representation of the use of a device according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a bed, in particular a patient bed, with a pressure sensor sheet according to the invention.
  • a mattress 1 is covered with a bed sheet 2 on which a patient P lies.
  • a pressure sensor sheet 3 according to the invention is placed between mattress 1 and bed sheet 2.
  • the pressure sensor sheet 3 can be designed, for example, as a fitted sheet or, as shown here, as a flat, flexible and preferably soft mat. Depending on the embodiment, it extends over the entire surface of the mattress 1 or, as shown here, ends at a distance from the edge of the mattress. In other embodiments, the pressure sensor sheet 3 extends only in a partial area of the mattress 1, for example only in the upper or middle or lower area of the mattress surface. In further embodiments, the pressure sensor sheet 3 is part of the mattress 1 or the bed sheet 2 or it is part of a bed frame or rests on it.
  • the order of the sensor sheet underneath the mattress is advantageous because changing the bedding, in particular the bed sheet 2, does not affect the lying properties of the mattress and the patient's lying comfort.
  • the pressure sensor sheet 3 is connected to a control device 4 via a connection 36 and a cable 37, preferably a 6-pin cable.
  • a control unit of the control device is connected to a DC voltage source. Furthermore, it is connected to a data storage unit and/or a data evaluation unit. These can be located in an on-premises unit and/or cloud-based. A cloud is provided with the reference number 5 in Figure 1.
  • the control device 4 is preferably implemented as an SPI master, preferably on a Raspberry PI.
  • the pressure sensor sheet 3 has a first material layer 31, in particular a fabric layer, a second material layer 32, preferably also a fabric layer, and a middle layer 33 arranged between them.
  • the two material layers 31, 32 and the middle layer 33 are preferably connected to one another at points, preferably glued. They are preferably surrounded together by a protective cover, the cover preferably having a lower layer 34 and an upper layer 35, which, depending on the embodiment, consist of the same material or of different materials. They are preferably soft and flexible, in particular they are a textile fabric or another suitable material layer.
  • At least the upper of the two layers 34, 35 is preferably provided with an incontinence protection so that the three layers 31, 32, 33 in between are protected from moisture.
  • no protective cover is present, for example when the pressure sensor sheet is installed in a mattress.
  • the first and second material layers 31, 32 are preferably made of the same material. They are preferably made of an electrically non-conductive material. They are preferably a woven fabric, a knitted fabric, a milled fabric, a knitted fabric, a braid, a stitched fabric, a non-woven fabric or a felt.
  • the middle layer 33 is made of a pressure-sensitive, preferably dielectric material.
  • the middle class is preferably homogeneous. It preferably consists of a material that changes its thickness proportionally in the range of the expected external pressure and thus changes its electrical conductivity in proportion to the pressure exerted.
  • Electrically conductive first conductor tracks 310 are arranged on the first material layer 31 and electrically conductive second conductor tracks 320 are arranged on the second material layer 32. They are sewn onto or onto the respective material layer 31, 32.
  • the individual first conductor tracks 310 preferably run parallel to one another and the individual second conductor tracks 320 also preferably run parallel to one another. However, the first conductor tracks 310 preferably run perpendicular to the second conductor tracks 320. They thereby form a grid or a matrix. This can be clearly seen in Figure 4.
  • first and second conductor tracks 310, 320 are straight. In Figure 4 they run in a wave shape. Both variants and other courses are possible.
  • These first and second connecting tracks 390, 391 are not shown in Figure 1. However, they can be seen in Figure 4.
  • the first and second connecting tracks 390, 391 are one-piece extensions of the first and second conductor tracks 310, 320, respectively.
  • the first connecting tracks 390 preferably run along one, or as in this example on two opposite first sides of the first and second conductor tracks 310, 320 formed grid to a second side of the grid.
  • the second connecting tracks 291 are located on this side.
  • the first and second connecting tracks 290, 291 are connected to at least one electronic unit on this side.
  • This is preferably a flexprint.
  • the flexprints 380, 381 are arranged either on the associated material layer 31, 32 or between the two material layers 31, 32.
  • first and second connecting tracks 390, 391 on the first material layer 31 are sewn.
  • Each first and second connecting strip 390, 391 is fixed, ie sewn on, to the material layer 31 with its own thread 392 with several stitches.
  • the first and second conductor tracks 310, 320 can be sewn on in the same way.
  • one thread 392 is used over the entire length of the corresponding web. Sewing is preferably done by machine. A known type of sewing machine can be used for this purpose. However, an embroidery machine is preferably used.
  • the first and second conductor tracks 310, 320 have different orientations.
  • the first conductor tracks 310 run perpendicular to the second conductor tracks 320.
  • two points are provided with circles so that they are easier to recognize.
  • the conductor tracks 310, 320 do not contact each other at the crossing points 30 because they are separated from one another by the middle layer 33.
  • the crossing points 30 thus act like capacitors or resistors, as explained at the beginning.
  • the capacitance of a capacitor changes indirectly in proportion to the distance between its two capacitor plates.
  • the capacity at a crossing point 30 therefore changes when a person lies on this crossing point 30 and thus compresses the middle layer 33.
  • the change in capacitance has a change in the resistance, which in this example is detected using a voltage divider.
  • a constant direct voltage is preferably applied to the first or second conductor tracks 310, 320.
  • the voltage is preferably 3.3 V and therefore does not affect the patient's well-being. Other voltages can also be used.
  • each intersection area 30, i.e. each sensor is queried individually.
  • the electrical voltage is only applied to one row, i.e. to a first conductor track 310
  • the values of all columns, i.e. the second conductor tracks 320 are read out one after the other and only then is the next line "energized", i.e. the electrical voltage is applied.
  • the remaining lines or first conductor tracks 310 are set to 0V. Accordingly, all lines are cycled one after the other.
  • other types of sensor reading are possible.
  • additional sensors are present.
  • a temperature sensor 8 is present in the sensor sheet 3.
  • the sensor cables from Temperature sensor 8 to the electronic unit, here to the second flexprint 381, is provided with the reference number 80.
  • the first material layer 31, the second material layer 32 and the middle layer 33 are each separate elements that are individually self-supporting. This is shown in Figure 2.
  • the conductor tracks 310, 320 and connecting tracks 390, 391 or the combined and one-piece conductor/connecting tracks 310/390, 320/391 are preferably first sewn onto the material layers 31, 32 and then the material layers 31, 32 and the middle layer 33 are joined together.
  • the first material layer 31, the second material layer 32 and the middle layer 33 are formed together from a composite material, with the first and second conductor tracks 310, 320 and the first and second connecting tracks 390, 391 being sewn onto the composite material.
  • the middle layer 33 and the first material layer 31, but no separate second material layer 32, are present.
  • the first material layer 31 is preferably a nonwoven material.
  • the middle layer 33 is preferably Carbotex® or another resistance material.
  • the first material layer 31 projects beyond the middle layer 33 at least in one edge region, preferably on at least two or all edge regions.
  • the second conductor tracks 320 are embroidered or sewn onto the middle layer 33.
  • the first conductor tracks 310 are embroidered or sewn onto the first material layer 31.
  • the first and second connecting panels 390, 391 are attached to the first material layer 31, being sewn or embroidered thereon.
  • the electronic units, here the flexprints 380, 381, are also attached to the first material layer 31. Cables 37 or lines that lead from the flexprints 380, 381 to the external control device 4 can also be attached to the first material layer 31.
  • the Flexprints 380, 381 and the cables 37 or cables can be stuck on with adhesive strips 6, for example.
  • the first and second conductor tracks 310, 320 are connected in one piece to the respective first and second connecting tracks 390, 391. That is, they are formed by the same tracks, especially wires. Preferably they are silver-coated copper wires.
  • this material composite can be used as such, for example in a mattress or on a bed frame. In other embodiments, it is further surrounded by a protective cover or it at least covers the middle layer-side surface of the material composite.
  • the cover preferably consists of the upper layer 35 and/or the lower layer 34.
  • the embodiment according to Figures 5 and 6 is preferably produced as follows: First, the first material webs 310 and the first connecting webs 390 are sewn or embroidered onto the first material layer 31, here the fleece.
  • the middle layer 33 is then placed on the first material layer 31.
  • the second conductor tracks 320 are now sewn or embroidered onto the middle layer 33. Care is taken to ensure that no stitches are placed that could injure the first conductor tracks 310 underneath. This is thanks to programmed embroidery machines that do not execute those stitches in the embroidery pattern program that would lead to such an injury.
  • the area of the second conductor tracks 320 that protrudes beyond the middle layer 33, i.e. thus the second connecting tracks 391, are sewn or embroidered onto the first material layer 31 in the same work step up to the flexprints 380, 381.
  • the middle layer 33 is thereby also attached to the first material layer 31. In other embodiments, it is additionally connected, in particular sewn on, to the first material layer 31 before or after the first conductor tracks are sewn on.
  • the flexprints 380, 381 are attached to the first material layer 31.
  • This step can also be carried out before sewing on the first and second conductor tracks 310, 320 or after sewing on the first conductor tracks 310, but only after sewing on the second conductor tracks 320.
  • the first and second connecting tracks 390, 391 are crimped to the flexprints 380, 381
  • the cables 37 are, if not already done beforehand, connected to the flexprints 380, 381 and led to the outside.
  • This embodiment enables industrial production at a minimized price.
  • the pressure sensor sheet 3 according to the invention is between the Bed sheet 2 and mattress 1 arranged. This is shown again schematically in Figure 7.
  • the pressure sensor sheet 3 can also be arranged below the mattress 1, whereby it is arranged between the mattress 1 and a bed frame 9. This is shown in Figure 8.
  • the pressure sensor sheet 3 is designed together with the bed frame 9.
  • it can be fixed on the bed frame 9 by the manufacturer.
  • the pressure sensor sheet 3 is arranged within the mattress 1. It can be located in the middle, in the upper or lower area with respect to the thickness of the mattress 1. In the example shown it is arranged approximately in the middle.
  • Bed frames 9 according to the prior art are designed very differently.
  • spring frames, wire frames, spring frames, slatted frames and spring wood frames are known.
  • the first and second conductor tracks 310, 320 and the first and second connecting tracks 390, 391 are sewn on or sewn on in the pressure sensor sheet 3 according to the invention, they can be assembled into any pattern as long as there are enough crossing points 30 as sensors. In particular, the crossing points 30 can be arranged at targeted locations.
  • FIG. 12 shows a bed frame 9 with an outer frame 90 and transverse slats 91. Several plates 92 are arranged on the individual slats 91, which adapt resiliently to the loads when the bed is used. 13 shows a pressure sensor sheet 3 according to the invention that is manufactured to match this bed frame 9, with only the first and second conductor tracks 310, 320 being shown. As can be clearly seen, the distances between the conductor tracks 310, 320 are chosen so that the crossing points 30 each fall onto a plate 92.
  • the pressure sensor sheet 3 according to the invention can be produced easily and inexpensively and enables a flexible design both in the choice of material layers 31, 32 and in the arrangement of the conductor and connecting tracks 310, 320, 390, 391.
  • Pressure sensor sheet 4 Control device crossing area first material layer 5 Cloud first conductor track
  • Middle layer lower layer 9 beds grate upper layer 90 frame connection 91 slat cable 92 plate first Flexprint second Flexprint P patient

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Abstract

Eine flächige Drucksensoreinheit, insbesondere ein Drucksensorlaken (3), weist erste Leiterbahnen (310) und zweite Leiterbahnen (32) und eine zwischen den ersten und den zweiten Leiterbahnen (310, 320) angeordnete Mittelschicht (33) auf. Die ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) kreuzen sich beabstandet durch die Mittelschicht (33), wodurch Kreuzungspunkte (30) gebildet sind, um als Sensoren eine durch äussere Druckeinwirkung erzeugte Abstandänderung zwischen den ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) zu detektieren. Die Leiterbahnen (310, 320) sind auf mindestens eine Materiallage (31, 32) genäht. Es sind erste und zweite Verbindungsbahnen (390, 391) vorhanden, die sich, von den ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) wegführend, zu mindestens einer Elektronikeinheit (380, 381) erstrecken und an der mindestens einen Elektronikeinheit (380, 381) enden. Die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) sind auf der mindestens einen Materiallage (31, 32) genäht. Die flächige Drucksensoreinheit lässt sich einfach und kostengünstig herstellen und ermöglicht eine flexible Ausgestaltung sowohl in der Wahl der Materiallagen (31, 32) wie auch in der Anordnung der Leiter- und Verbindungsbahnen (310, 320, 390, 391).

Description

TITEL
FLÄCHIGE DRUCKSENSOREINHEIT
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine flächige Drucksensoreinheit, insbesondere ein Drucksensorlaken, insbesondere ein textiles Drucksensorlaken und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Drucksensoreinheit.
STAND DER TECHNIK
Optimale Patientenüberwachung ist insbesondere aufgrund der personellen Unterbesetzung im Pflegebereich ein zunehmendes Problem. Technische Lösungen können hier Abhilfe schaffen und mehr Sicherheit sowie Entlastung in der Patientenbetreuung gewährleisten.
Des Weiteren wird im privaten Bereich nach Lösungen gesucht, um den Schlafkomfort zu verbessern.
US 5 144 284 offenbart eine Matte mit Drucksensoren, die auf ein Bett gelegt werden kann, um die Bewegung eines Patienten zu überwachen. WO 2012/153263 A1 betrifft ein Sensorkissen mit Drucksensoren zur Schlafüberwachung.
WO 01/75924 A1 beschreibt Drucksensoren in Form eines elektrisch leitenden Gewebes. Es ist erwähnt, dass ein derartiges Sensorgewebe in Kombination mit einer Matratze verwendet werden kann. EP 1 269 502 B1 offenbart eine Sensormatte mit einer elektrisch leitenden Schicht.
EP 3 736 364 A1 zeigt eine textile Sensormatte für ein Bett, wobei die Sensormatte zur Bestimmung der Druckverteilung bei bettlägerigen Personen verwendet wird. EP 3 447 463 B1 der Firma Sefar AG offenbart einen textilen Drucksensor In einer Ausführungsform gemäss den Figuren 7 und 8 weist eine erste Gewebelage elektrisch leitfähige Fäden auf, die sich in eine erste Richtung erstrecken. Eine zweite Gewebelage mit elektrisch leitfähigen Fäden erstreckt sich in eine zweite Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung verläuft. Zwischen den zwei Gewebelagen ist eine piezoresistive dritte Gewebelage angeordnet. Diese dritte Gewebelage ändert in Abhängigkeit der Druckkrafteinwirkung ihren Widerstand und somit ihre elektrische Leitfähigkeit. Wird ein Messstrom an die elektrisch leitenden Fäden angelegt und wird die Matte mit einem Druck beaufschlagt, so ändert sich an den Kreuzungsbereichen der elektrische Widerstand. Diese Änderung dient als Mass für den anliegenden Druck und kann durch eine Steuereinheit erfasst werden.
J. Cheng, et al., Smart-surface: Large scale textile pressure sensors arrays for activity recognition, Pervasive and Mobile Computing (2016), http://dx.doi.Org/10.1016/i.pmcj.2016.01.007, offenbart eine Sensormatte der Sefar AG mit einer dritten Gewebelage, die aus einem drucksensitiven Material mit dem Markennamen CARBOTEX® der Firma Sefar AG besteht. Die elektrisch leitenden Fäden bilden ein Gitter bzw. eine Matrix n x m mit Kreuzungsbereichen. Jeder Kreuzungsbereich agiert als Drucksensor und entspricht einem Pixel der Druckverteilungsmatrix. Ein FPGA (Field Programmable Gate Array) steuert ultraschnelle Schaltereinheiten (Switch-Arrays) und Analog-Digital Wandler (ADC, Analog Digital Converter) und sammelt Daten der Matrix. Jede Matrixspalte i von n wird einzeln eingeschaltet, wobei die übrigen deaktiviert werden. Die Spannungen in den m Zeilen entsprechend dann den an den Kreuzungsbereichen der m Zeilen der i-ten Spalte. Diese Spannungen der m Zeilen werden an Multiplexer weitergeleitet und in die ADC's gespeist. Im nächsten Schritt wird die nächste Spalte i+1 eingeschaltet und die entsprechenden Spannungen in den m Zeilen weitergeleitet. Wie die einzelnen Multiplexer gesteuert werden, ist nicht beschrieben. Die spaltenweise Abfrage führt zu einer Datenreihe, die der Druckverteilung entspricht. Es werden n ADC's und n zugehörige Multiplexer benötigt, Es wird angegeben, dass 128x128 Sensorpunkte in 40 Bildern pro Sekunde an einen Computer weitergeleitet werden können. Anschliessend wird eine Bildanalyse durchgeführt.
In der noch nicht veröffentlichen Patentanmeldung der Anmelderin, EP 21 200 161.4 vom 30. September 2021 , wird ein kostengünstiges und schnelles Verfahren sowie eine entsprechende Drucksensoreinheit zur Abfrage von Sensorwerten eines Drucksensorlakens beschrieben. Jedoch ist auch die Herstellung der oben beschriebenen Sensorlaken, insbesondere der textilen Sensorlaken, relativ zeitaufwändig und kostenintensiv.
WO 2022/146612 A1 offenbart ein textiles Material, das kapazitive, induktive und NFC Sensoren aufweist. Die Sensorleitungen sind aufgenäht. Das Material lässt sich als Hosentasche verwenden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine flächige Drucksensoreinheit, insbesondere ein Sensorlaken, und ein Verfahren zur Herstellung einer flächigen Drucksensoreinheit zu schaffen, welche die Herstellung vereinfachen.
Diese Aufgabe lösen eine flächige Drucksensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäss Anspruch 14.
Die erfindungsgemässe Drucksensoreinheit weist erste Leiterbahnen und zweite Leiterbahnen und eine zwischen den ersten und den zweiten Leiterbahnen angeordnete Mittelschicht auf. Die ersten und zweiten Leiterbahnen kreuzen sich beabstandet durch die Mittelschicht, wodurch Kreuzungspunkte gebildet sind, um als Sensoren eine durch äussere Druckeinwirkung erzeugte Abstandänderung zwischen den ersten und zweiten Leiterbahnen zu detektieren. Die ersten und zweiten Leiterbahnen sind auf mindestens eine Materiallage genäht. Es sind erste und zweite Verbindungsbahnen vorhanden, die sich, von den ersten und zweiten Leiterbahnen wegführend, zu mindestens einer Elektronikeinheit erstrecken und die an der mindestens einen Elektronikeinheit enden. Die ersten und zweiten Verbindungsbahnen sind auf der mindestens einen Materiallage genäht.
Die Mittelschicht erstreckt sich in einigen Ausführungsformen als flächiges Material entlang mehreren ersten und zweiten Leiterbahnen. In anderen Formen ist die Mittelschicht durch einzelne Teilstücke gebildet, die sich in einem Abstand zueinander befinden. Die Teilstücke befinden sich mindestens in den Kreuzungsbereichen der ersten und zweiten Leiterbahnen. Ihre Form ist beispielsweise oval, rund oder rechteckig. Vorzugsweise ist die Gesamtfläche aller Abstände zwischen den Teilstücken um ein Vielfaches grösser als die Gesamtfläche aller Teilstücke. Die Ausbildung in Teilstücken hat den Vorteil, dass sich die Drucksensoreinheit, insbesondere das Sensorlaken, biegsamer ausbilden lässt. Es ist somit komfortabler im Gebrauch. Zudem lässt es sich einfacher Zusammenlegen und benötigt weniger Stauraum.
Die erfindungsgemässe Drucksensoreinheit eignet sich zur Verwendung als Drucksensorlaken. Sie lässt sich jedoch auch mit weiteren Körpern verbinden oder in diese integrieren. Die Drucksensoreinheit eignet sich insbesondere zur Verwendung in, auf oder an Körpern, die dem menschlichen Körper zum Liegen oder Sitzen dient. Beispielsweise kann sie Teil einer Matratze, eines Bettenrosts, einer Liege, eines Sessels, eines Stuhls, eines Sofas oder eines Autositzes sein. Im Folgenden werden die Begriffe "Drucksensorlaken" und "Sensorlaken" verwendet. Sie umfassen jedoch auch die erwähnten in anderen Körpern integrierten, auf andere Körper aufgelegte oder mit anderen Körpern verbundenen Ausführungsformen.
Der Begriff "Kreuzungspunkt" umfasst in diesem Text auch den Begriff "Kreuzungsbereich". "Nähen", "annähen" und "aufnähen" bedeutet gemäss diesem Text das Befestigen von Elementen, z.B. Kabel oder Drähte, auf einer Materiallage mittels Stichen. "Sticken" in diesem Text ist das Erzeugen von Mustern auf der Materiallage, indem Elemente mittels Stichen auf der Materiallage befestigt werden. Die "Mittelschicht" wird auch Sensorschicht genannt, da sie nicht zwingend zwischen zwei Lagen angeordnet sein muss, sondern selber eine obere Schicht bilden kann. "Mittel" ist in Bezug auf die Anordnung zwischen den sich beabstandet kreuzenden ersten und zweiten Leiterbahnen zu verstehen. Der Begriff "Bettenrost" umfasst sämtliche Unterlagen, auf denen eine Matratze oder eine Liegefläche aufliegt.
Der in den Kreuzungspunkten gebildete Sensor ist vorzugweise ein kapazitiver Sensor, wie er in den eingangs erwähnten Publikationen bzw. Patentanmeldungen, insbesondere in noch nicht veröffentlichen EP 21 200 161.4 vom 30. September 2021 , beschrieben ist. Die Kreuzungspunkte bzw. Kreuzungsbereiche wirken wie Kondensatoren bzw. elektrische Widerstände. Die Kapazität eines Kondensators ändert sich indirekt proportional zum Abstand seiner zwei Kondensatorplatten. Somit verändert sich die Kapazität an einem Kreuzungsbereich, wenn eine Person auf diesem Kreuzungsbereich aufliegt und somit die Mittelschicht zusammendrückt. Ist eine elektrische Spannung an die ersten und/oder zweiten Leiterbahnen angelegt, so hat die Kapazitätsveränderung eine Veränderung eines Widerstandes zur Folge. Diese Veränderung des Widerstandes lässt sich mittels eines Spannungsteilers detektieren. Da die ersten und zweiten Leiterbahnen auf die mindestens eine Materiallage genäht werden, ist die Herstellung massiv vereinfacht. Vorteilhaft ist ferner, dass die ersten und zweiten Leiterbahnen in beliebigen Mustern angeordnet sein können. Sie bilden ein Stickmuster. Sie werden somit aufgestickt.
Vorzugsweise ist jede Leiterbahn getrennt von den anderen Leiterbahnen aufgestickt. Auch jedoch Verbindungsbahn ist vorzugsweise getrennt von den anderen Verbindungsbahnen aufgestickt. "Getrennt" bedeutet in diesem Text mit separaten Stichen.
Da die ersten und zweiten Verbindungsbahnen ebenfalls auf die mindestens eine Materiallage genäht bzw. aufgestickt werden, ist die Verbindung mit der mindestens einen Elektronikeinheit vereinfacht. Insbesondere ist es nicht mehr notwendig, über eine gesamte Länge oder Breite des Lakens Flexprints anzuordnen, um möglichst kurze Kabel- Verbindungen zwischen den ersten und zweiten Leiterbahnen und der Elektronikeinheit zu ermöglichen. Ferner ist es nicht mehr notwendig, Kabel an die Vielzahl der Leiterbahnen anzulöten. Die Elektronikeinheit lässt sich nun relativ klein ausbilden. Sie lässt sich insbesondere in einem relativ kleinen Bereich des Lakens anordnen. Beispielsweise in einem Eckbereich odereinem Teilbereich eines Randes des Lakens. Die Flexprints müssen sich nicht mehr über annähernd die gesamte Länge und Breite des Lakens erstrecken.
Ein weiterer Vorteil ist, dass sich das Drucksensorlaken besser zusammenfalten lässt, da die auf dem oder an dem Laken angeordnete mindestens eine Elektronikeinheit relativ klein ausgestaltet ist.
Vorteilhaft ist ferner, dass eine grössere Flexibilität in der Wahl des Materials der Materiallage vorhanden ist, da die ersten und zweiten Leiterbahnen nicht mehr im Gewebe eingearbeitet werden müssen.
Vorzugsweise werden die ersten und zweiten Leiterbahnen und die ersten und zweiten Verbindungsbahnen mittels eines Fadens, beispielsweise eines Textil- oder Kunststofffadens angenäht. Vorzugsweise ist der Faden nicht elektrisch leitend. Je nach Ausführungsform sind die Stiche getrennt voneinander, so dass der Faden nach jedem Stich mit sich selber verknüpft wird. In bevorzugten Ausführungsformen wird jedoch ein sich über mehrere Stiche, vorzugsweise über eine ganze Länge einer Leiterbahn bzw. Verbindungsbahn, erstreckenden Faden verwendet. Dies ermöglicht die Verwendung einer Näh- bzw. Stickmaschine. Je nach Ausführungsform durchdringen die Stiche die Materiallagen oder der Faden verläuft lediglich in einem äusseren Teil der Schicht.
Die Verwendung einer Stickmaschine hat den Vorteil, dass die zu erzielenden Muster der Leiterbahnen und Verbindungsbahnen auf einfache Art und Weise in das Steuerungsmodul der Stickmaschine programmiert und das Muster vollautomatisch erzeugt werden kann.
Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Leiterbahnen sowie die ersten und zweiten Verbindungsbahnen mit der mindestens einen Materiallage ausschliesslich durch Aufnähen an der mindestens einen Materiallage befestigt. Dies vereinfacht die Produktion.
In einer einfachen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Verbindungsbahnen und die ersten bzw. zweiten Leiterbahnen separate Bauteile, die miteinander verbunden sind. Beispielsweise sind sie zusammengelötet oder durch Crimpen verbunden.
In bevorzugten Ausführungsformen bilden jedoch Verlängerungen der ersten und/oder zweiten Leiterbahnen die ersten bzw. die zweiten Verbindungsbahnen, wodurch die ersten und/oder zweiten Verbindungsbahnen einteilig mit den ersten bzw. den zweiten Leiterbahnen ausgebildet sind. Es sind somit keine zusätzlichen Bahnen vorhanden, sondern die ersten und/oder die zweiten Leiterbahnen verlaufen bis zur mindestens einen Elektronikeinheit. Dies vereinfacht die Herstellung und reduziert Störsignale.
In bevorzugten Ausführungsformen bilden die ersten Leiterbahnen Zeilen eines Gitters, wobei die Zeilen Enden aufweisen, zwei einander gegenüberliegende erste Seiten des Gitters definieren. Die zweiten Leiterbahnen bilden Spalten dieses Gitters, wobei die Spalten Enden aufweisen, die zwei einander gegenüberliegende zweite Seiten des Gitters definieren. Die von den ersten Leiterbahnen wegführenden ersten Verbindungsbahnen führen entlang mindestens einer der zwei ersten Seiten des Gitters zu mindestens einer der zwei zweiten Seiten des Gitters. Dabei sind die ersten und zweiten Verbindungsbahnen an der mindestens einen zweiten Seite des Gitters mit der mindestens einen Elektronikeinheit verbunden. Da die ersten und zweiten Verbindungsbahnen ausserhalb der durch das Gitter gebildeten Form zur Elektronikeinheit geführt werden, beeinflussen sie die Kreuzungspunkte und somit die einzelnen Sensoren nicht. Zudem ist dieses Muster einfach und schnell zu Nähen bzw. zu Sticken, so dass wiederum die Herstellung vereinfacht ist.
In bevorzugten Ausführungsformen sind die ersten und zweiten Leiterbahnen und/oder die ersten und zweiten Verbindungsbahnen elektrisch leitende Fäden, Drähte oder Kabel. Sie sind vorzugsweise flach oder rund in ihrem Querschnitt. Vorzugsweise sind sie silberbeschichtete Kupferdrähte oder andere Drähte, die eine optimale Leitfähigkeit besitzen.
Vorzugsweise weisen die ersten und zweiten Leiterbahnen keine elektrische Isolation auf. Je nach Ausführungsform sind die ersten und zweiten Verbindungsbahnen elektrisch isoliert oder sie weisen ebenfalls keine elektrische Isolation auf.
Bilden die ersten und zweiten Leiterbahnen die ersten bzw. zweiten Verbindungsbahnen aus, so sind sie vorzugsweise im Bereich, in welchem sie die ersten und zweiten Verbindungsbahnen bilden, elektrisch isoliert und sie weisen im übrigen Bereich keine elektrische Isolation auf. In anderen Ausführungsformen weisen sie über ihre gesamte Länge keine elektrische Isolation auf. Dies insbesondere dann, wenn der Bereich, der die Verbindungsbahnen bildet, ausserhalb des Musters verläuft, der durch die Kreuzungspunkte gebildet ist.
Das Drucksensorlaken weist vorzugsweise mindestens einen Flexprint auf, der die Elektronikeinheit bildet. Flexprints sind dünne, flexible Leiterplatten. Sie sind üblicherweise geätzte, kupferbeschichtete Folien, vorzugsweise aus Kunststoff. Die Flexprints lassen sich auf einfache Art und Weise auf dem Sensorlaken anordnen bzw. in das Sensorlaken einarbeiten. Sie erhöhen die Dicke des Lakens nicht oder nur minimal.
Die ersten und zweiten Verbindungsbahnen sind durch Crimpen mit der mindestens einen Elektronikeinheit verbunden. Dies ist eine einfache, schnelle und sichere Kopplung von elektronischen Bauteilen.
Das Material bzw. das Gewebe zwischen den Leiterbahnen der einzelnen Spalten ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend ausgebildet, so dass diese Leiterbahnen galvanisch voneinander getrennt sind. Dasselbe gilt für das Material bzw. das Gewebe zwischen den Leiterbahnen der einzelnen Zeilen. Die Mittelschicht ist deshalb vorzugsweise ein Dielektrikum oder elektrisch isolierend. Die Mittelschicht ist vorzugsweise homogen ausgebildet. Vorzugsweise besteht sie aus einem Material, das seine Dicke im Bereich des zu erwartenden extern einwirkenden Drucks proportional ändert und das somit seine elektrische Leitfähigkeit proportional zum ausgeübten Druck verändert. Vorzugsweise besteht die Mittelschicht aus Carbotex®, einem von der Firma Sefar AG vertriebenen Material, oder aus SEFAR® PresSense, einem von derselben Firma hergestellten Material. Andere Materialien, die als Sensorelemente dienen, lassen sich ebenfalls verwenden.
Je nach Ausführungsform weist das Drucksensorlaken unterschiedliche Lagen auf. In einigen Ausführungsformen sind die ersten Leiterbahnen und die ersten Verbindungsbahnen auf einer ersten Materiallage und die zweiten Leiterbahnen und die zweiten Verbindungsbahnen auf einer zweiten Materiallage genäht, wobei die Mittelschicht zwischen der ersten und der zweiten Materiallage angeordnet ist. Dabei sind in einigen Varianten die erste Materiallage, die zweite Materiallage und die Mittelschicht gemeinsam aus einem Verbundmaterial gebildet, wobei die ersten und zweiten Leiterbahnen und die ersten und zweiten Verbindungsbahnen auf das Verbundmaterial genäht sind. In anderen Varianten sind die erste Materiallage, die zweite Materiallage und die Mittelschicht selbsttragende Materialbahnen sind, die nach dem Aufnähen der ersten und zweiten Leiterbahnen und der ersten und zweiten Verbindungsbahnen zusammengefügt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Leiterbahnen auf einer selbsttragenden Materiallage aufgenäht. Die zweiten Leiterbahnen sind auf der Mittelschicht genäht. Vorzugsweise werden die selbstragende Materiallage und die Mittellage durch das Aufnähen der zweiten Leiterbahnen miteinander verbunden. Dabei wird im Herstellungsprozess vorzugsweise darauf geachtet, dass Stiche, die die ersten Leiterbahnen verletzen würden, übersprungen, d.h. nicht ausgeführt, werden. Die ersten Verbindungsleitungen und die zweiten Verbindungsleitungen sind in diesem Beispiel vorzugsweise auf die selbsttragende Materiallage genäht. Vorzugsweise sind auch die Elektronikeinheiten, insbesondere die Flexprints, auf die selbsttragende Materiallage genäht. Die Elektronikeinheiten lassen sich zusätzlich oder alternativ auch aufkleben oder auf eine andere Art und Weise befestigen.
Die Mittelschicht ist in diesem Beispiel vorzugsweise kleiner ausgebildet als die selbsttragende Materiallage. Die selbsttragende Materiallage ist in diesem Beispiel vorzugsweise ein Vliesstoff, ein Filz, ein gewalkter Stoff oder ein Gewirke.
Die erste und zweite Materiallage sind vorzugsweise je eine oder eine gemeinsame textile Materiallage, vorzugsweise ein Gewebe, Gewirke, ein gewalkter Stoff, Gestrick, Geflecht, Nähgewirk, Vliesstoff oder Filz.
Im erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Drucksensorlakens werden die ersten und zweiten Leiterbahnen in einem ersten vorgegebenen Muster auf mindestens eine Materiallage genäht und die ersten und zweiten Verbindungsbahnen werden in einem zweiten vorgegebenen Muster auf die mindestens eine Materiallage genäht, wobei sie von den ersten und zweiten Leiterbahnen zur mindestens einen Elektronikeinheit führen und wobei die ersten und zweiten Verbindungsbahnen mit der mindestens einen Elektronikeinheit verbunden werden.
Das erfindungsgemässe Drucksensorlaken ist vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, in einer Schutzhülle angeordnet, das die mindestens eine Materiallage umgibt. Das Drucksensorlaken lässt sich auf einer Matratze anordnen, wobei es die oberste Lage des Bettes bilden kann oder es ist zwischen Laken und Matratze angeordnet. Es kann Mittel zur Fixierung auf einer Matratze aufweisen, wie beispielsweise Schlaufen, die um die Ecken der Matratze gelegt werden öderes kann wie ein sogenanntes Fixleintuch über die Matratze gespannt werden. In diesen oder anderen Ausführungsformen wird es auf die Matratze gelegt und durch ein darüber liegendes Laken fixiert.
Das Drucksensorlaken lässt sich auch zwischen Matratze und Bettenrost legen. Je nach Ausführungsform ist es vorzugsweise an der Matratze und/oder am Bettenrost befestigbar. Es kann auch innerhalb der Matratze angeordnet sein oder vom Hersteller bereits fest mit der Matratze verbunden werden. Auch kann es bereits herstellerseitig fest mit dem Bettenrost verbunden sein.
Das erfindungsgemässe Aufnähen der Leiterbahnen und der Verbindungsbahnen bzw. das Sticken der Muster ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Sensorlaken mit der Matratze bzw. dem Bettenrost eine Einheit bilden soll. Das Muster lässt sich bei der Fertigung auf einfache Art und Weise dem entsprechenden Belastungsmuster der Matratze bzw. des Bettenrosts anpassen. D.h. Stellen, die bei gewählter spezifischer Matratze bzw. Bettenrost speziell zu beachten sind, um ein möglichst schmerzfreies oder komfortables Liegen zu ermöglichen, können im Sensorlaken mit entsprechenden Sensormustern versehen werden. Es lassen sich auf einfache Art und Weise Sensorlaken herstellen, deren Kreuzungspunkte, d.h. deren Druckmuster, der Anordnung der Federn einer Federkernmatratze, der Anordnung der Latten eines Lattenrosts, der Anordnung einer Matratzenunterfederung eines Lattenrosts und der Verteilung der Luftkammern einer Schaumstoffmatratze angepasst sind. Auch die Anzahl der Kreuzungspunkte, die ein Sensorlaken aufweisen soll, lässt sich flexibel wählen. Ist die Drucksensoreinheit zur Verwendung in einem der anderen, oben erwähnten Anwendungsbereiche geplant, so lassen sich die Kreuzungspunkte bei der Herstellung der Drucksensoreinheit entsprechend den Bedürfnissen dieses Anwendungsbereichs anordnen.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Patientenbetts mit einem erfindungsgemässen Drucksensorlaken eines erfindungsgemässen Drucksensorsystems;
Figur 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Drucksensorlakens in einer ersten Ausführungsform;
Figur 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Drucksensorlakens in einer zweiten Ausführungsform;
Figur 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Drucksensorlakens mit Verbindungsbahnen und Flexprints;
Figur 5 ein Foto eines Teils des erfindungsgemässen Lakens in einer dritten Ausführungsform;
Figur 6 ein Foto eines Teils des Lakens gemäss Figur 5;
Figur ? eine schematische Darstellung eines Bettaufbaus mit einem erfindungsgemässen Drucksensorlaken in einer ersten Variante der Verwendung;
Figur 8 eine schematische Darstellung eines Bettaufbaus mit einem erfindungsgemässen Drucksensorlaken in einer zweiten Variante der Verwendung;
Figur 9 eine schematische Darstellung eines Bettaufbaus mit einem erfindungsgemässen Drucksensorlaken in einer dritten Variante der
Verwendung;
Figur 10 eine schematische Darstellung eines Bettaufbaus mit einem erfindungsgemässen Drucksensorlaken in einer vierten Variante der
Verwendung;
Figur 11 eine schematische Darstellung eines Bettaufbaus mit einem erfindungsgemässen Drucksensorlaken in einer fünften Variante der
Verwendung;
Figur 12 eine schematische Darstellung eines Bettenrosts gemäss dem Stand der
Technik und
Figur 13 eine schematische Darstellung einer Verwendung eines erfindungsgemässen
Drucksensorlakens auf dem Bettenrost gemäss Figur 11.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In Figur 1 ist schematisch ein Bett, insbesondere ein Patientenbett, mit einem erfindungsgemässen Drucksensorlaken dargestellt.
Eine Matratze 1 ist wie üblich mit einem Bettlaken 2 bezogen, auf welchem ein Patient P liegt. Zwischen Matratze 1 und Bettlaken 2 ist ein erfindungsgemässes Drucksensorlaken 3 gelegt. Das Drucksensorlaken 3 lässt sich beispielsweise als Fixleintuch ausbilden oder, wie hier dargestellt, als flächige flexible und vorzugsweise weiche Matte. Es erstreckt sich je nach Ausführungsform über die gesamte Oberfläche der Matratze 1 oder endet, wie hier dargestellt, beabstandet zum Matratzenrand. In anderen Ausführungsformen erstreckt sich das Drucksensorlaken 3 lediglich in einem Teilbereich der Matratze 1, beispielsweise lediglich im oberen oder im mittleren oder im unteren Bereich der Matratzenfläche. In weiteren Ausführungsformen ist das Drucksensorlaken 3 Teil der Matratze 1 oder des Bettlakens 2 oder es ist Teil eines Bettenrosts bzw. liegt auf diesem auf. Die Anordnung des Sensorlakens unterhalb der Matratze, beispielsweise auf einer Auflage für die Matratze oder auf einem Bettenrost ist vorteilhaft, da sich das Wechseln des Bettzeugs, insbesondere des Bettlakens 2, und auch die Liegeeigenschaften der Matratze und den Liegekomfort des Patienten nicht beeinflusst. Dasselbe gilt bei der Verwendung der erfindungsgemässen Drucksensoreinheit in anderen Körpern und Objekten, beispielsweise ist bei entsprechender Anordnung der Sitzkomfort und die Sitzeigenschaften in einem Sessel oder auf einem Stuhl nicht beeinflusst.
Das Drucksensorlaken 3 ist in diesem Beispiel über einen Anschluss 36 und einem Kabel 37, vorzugsweise einem 6-poligen Kabel mit einer Steuerungsvorrichtung 4 verbunden. Eine Steuereinheit der Steuerungsvorrichtung ist mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Ferner ist sie mit einer Datenspeichereinheit und/oder einer Datenauswerteeinheit verbunden. Diese können in einer Einheit vor Ort angeordnet sein und/oder cloudbasiert sein. Eine Cloud ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 5 versehen. Die Steuervorrichtung 4 ist vorzugsweise als SPI Master implementiert, vorzugsweise auf einem Raspberry PI.
Wie in Figur 1 gut erkennbar ist, weist das Drucksensorlaken 3 eine erste Materiallage 31 , insbesondere eine Gewebelage, eine zweite Materiallage 32, vorzugsweise ebenfalls eine Gewebelage, und eine dazwischen angeordnete Mittelschicht 33 auf. Die zwei Materiallagen 31 , 32 und die Mittelschicht 33 sind vorzugsweise punktuell miteinander verbunden, vorzugsweise verklebt. Sie sind vorzugsweise gemeinsam von einer schützenden Hülle umgeben, wobei die Hülle vorzugsweise eine untere Lage 34 und eine obere Lage 35 aufweist, die je nach Ausführungsform aus demselben Material bestehen oder aus unterschiedlichen Materialien. Vorzugsweise sind sie weich und flexibel ausgebildet, insbesondere sind sie ein textiles Gewebe oder eine andere geeignete Materiallage. Je nach Anwendungsbereich ist mindestens die obere der zwei Lagen 34, 35 vorzugsweise mit einem Inkontinenzschutz versehen, damit die drei dazwischenliegenden Lagen 31 , 32, 33 vor Nässe geschützt sind. In anderen Ausführungsformen ist keine schützende Hülle vorhanden, beispielsweise wenn das Drucksensorlaken in einer Matratze eingebaut ist.
Die erste und die zweite Materiallage 31 , 32 sind vorzugsweise aus demselben Material gefertigt. Sie sind vorzugsweise aus einem elektrisch nichtleitenden Material gefertigt. Vorzugsweise sind sie ein Gewebe, ein Gewirke, ein gewalkter Stoff, ein Gestrick, ein Geflecht, ein Nähgewirk, ein Vliesstoff oder ein Filz. Die Mittelschicht 33 ist aus einem drucksensitiven, vorzugsweise dielektrischen Material gefertigt. Die Mittelschicht ist vorzugsweise homogen ausgebildet. Vorzugsweise besteht sie aus einem Material, das seine Dicke im Bereich des zu erwartenden extern einwirkenden Drucks proportional ändert und das somit seine elektrische Leitfähigkeit proportional zum ausgeübten Druck verändert.
Auf der ersten Materiallage 31 sind elektrisch leitende erste Leiterbahnen 310 angeordnet und auf der zweiten Materiallage 32 sind elektrisch leitende zweite Leiterbahnen 320 angeordnet. Sie sind auf bzw. an die jeweilige Materiallage 31 , 32 genäht. Die einzelnen ersten Leiterbahnen 310 verlaufen vorzugsweise parallel zueinander und die einzelnen zweiten Leiterbahnen 320 verlaufen ebenfalls vorzugsweise parallel zueinander. Die ersten Leiterbahnen 310 verlaufen jedoch vorzugsweise senkrecht zu den zweiten Leiterbahnen 320. Sie bilden dadurch ein Gitter bzw. eine Matrix. Dies ist in Figur 4 gut erkennbar.
In Figur 1 sind die ersten und zweiten Leiterbahnen 310, 320 geradlinig. In Figur 4 verlaufen sie in einer Wellenform. Beide Varianten und andere Verläufe sind möglich.
Ferner sind auf der ersten Materiallage 31 elektrisch leitende erste Verbindungsbahnen 390 und auf der zweiten Materiallage 32 elektrisch leitende zweite Verbindungsbahnen 391 vorhanden, die ebenfalls auf die jeweilige Materiallage 31 , 32 an- bzw. genäht sind. Diese ersten und zweiten Verbindungsbahnen 390, 391 sind in Figur 1 nicht dargestellt. Sie sind jedoch in Figur 4 erkennbar. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Verbindungsbahnen 390, 391 einteilige Verlängerungen der ersten bzw. zweiten Leiterbahnen 310, 320. Die ersten Verbindungsbahnen 390 verlaufen vorzugsweise entlang einer, oder wie in diesem Beispiel auf zwei gegenüberliegenden ersten Seiten des durch die ersten und zweiten Leiterbahnen 310, 320 gebildeten Gitters zu einer zweiten Seite des Gitters. Auf dieser Seite befinden sich die zweiten Verbindungsbahnen 291. Die ersten und zweiten Verbindungsbahnen 290, 291 sind an dieser Seite mit mindestens einer Elektronikeinheit verbunden. Vorzugsweise ist dies ein Flexprint. In diesem Beispiel sind zwei erste Flexprints 380 zur Verbindung mit den ersten Verbindungsbahnen 390 und ein zweiter Flexprint 381 zur Verbindung mit den zweiten Verbindungsbahnen 391 vorhanden. Die Flexprints 380, 381 sind entweder auf der zugehörigen Materiallage 31 , 32 oder zwischen den zwei Materiallagen 31 , 32 angeordnet.
In Figur 5 ist erkennbar, wie die ersten und zweiten Verbindungsbahnen 390, 391 auf die erste Materiallage 31 genäht sind. Jede erste und zweite Verbindungsbahn 390, 391 ist mit einem eigenen Faden 392 mit mehreren Stichen auf der Materiallage 31 fixiert, d.h. aufgenäht. Die ersten und zweiten Leitungsbahnen 310, 320 lassen sich auf dieselbe Art und Weise annähen. Vorzugsweise wird jeweils ein Faden 392 über die gesamte Länge der entsprechenden Bahn verwendet. Das Annähen erfolgt vorzugsweise maschinell. Es lässt sich hierzu eine Nähmaschine bekannter Art verwenden. Vorzugsweise wird jedoch eine Stickmaschine verwendet.
Wie in Figur 4 erkennbar ist, weisen die ersten und zweiten Leiterbahnen 310, 320 unterschiedliche Ausrichtungen auf. Die ersten Leiterbahnen 310 verlaufen senkrecht zu den zweiten Leiterbahnen 320. Dadurch entstehen Kreuzungsbereiche bzw. Kreuzungspunkte 30. In Figur 4 sind zwei Punkte mit Kreisen versehen, damit sie besser erkennbar sind. In den Kreuzungspunkten 30 kontaktieren sich die Leiterbahnen 310, 320 nicht, da sie durch die Mittelschicht 33 voneinander getrennt sind. Die Kreuzungspunkte 30 wirken somit wie Kondensatoren bzw. Widerstände, wie eingangs erläutert ist. Die Kapazität eines Kondensators ändert sich indirekt proportional zum Abstand seiner zwei Kondensatorplatten. Somit verändert sich die Kapazität an einem Kreuzungspunkt 30, wenn eine Person auf diesem Kreuzungspunkt 30 aufliegt und somit die Mittelschicht 33 zusammendrückt.
Die Kapazitätsveränderung hat eine Veränderung des Widerstandes, der in diesem Beispiel mittels eines Spannungsteilers detektiert wird. Hierzu wird vorzugsweise eine konstante Gleichspannung an die ersten oder an die zweiten Leiterbahnen 310, 320 angelegt. Die Spannung beträgt vorzugsweise 3.3 V und beeinflusst somit das Wohlbefinden des Patienten nicht. Andere Spannungen lassen sich ebenfalls verwenden.
Zur Bestimmung der Liegeposition des Patienten wird jeder Kreuzungsbereich 30, d.h. jeder Sensor, einzeln abgefragt. Die elektrische Spannung wird hierzu jeweils nur an eine Zeile, d.h. an eine erste Leiterbahn 310, angelegt, die Werte aller Spalten, d.h. der zweiten Leiterbahnen 320 werden nacheinander ausgelesen und erst anschliessend wird die nächste Zeile "bestromt", d.h. die elektrische Spannung angelegt. Die übrigen Zeilen bzw. ersten Leiterbahnen 310 sind auf 0V gesetzt. Entsprechend werden alle Zeilen nacheinander durchgetaktet. Andere Arten der Sensorauslesung sind jedoch möglich.
In einigen Ausführungsformen sind weitere Sensoren vorhanden. In Figur 4 ist ein Temperatursensor 8 im Sensorlaken 3 vorhanden. Die Sensorleitungen vom Temperatursensor 8 zur Elektronikeinheit, hier zum zweiten Flexprint 381 , sind mit dem Bezugszeichen 80 versehen.
Im beschriebenen Beispiel sind die erste Materiallage 31 , die zweite Materiallage 32 und die Mittelschicht 33 jeweils separate Elemente, die einzeln selbsttragend ausgebildet sind. Dies ist in Figur 2 dargestellt. Die Leiterbahnen 310, 320 und Verbindungsbahnen 390, 391 bzw. die kombinierten und einteiligen Leiter/Verbindungsbahnen 310/390, 320/391 werden vorzugsweise zuerst auf die Materiallagen 31 , 32 genäht und anschliessend werden die Materiallagen 31 , 32 und die Mittelschicht 33 zusammengefügt.
In der Variante gemäss Figur 3 ist die ersten Materiallage 31 , die zweite Materiallage 32 und die Mittelschicht 33 gemeinsam aus einem Verbundmaterial gebildet, wobei die ersten und zweiten Leiterbahnen 310, 320 und die ersten und zweiten Verbindungsbahnen 390, 391 auf das Verbundmaterial genäht sind.
In der Ausführungsform gemäss den Figuren 5 und 6 ist die Mittelschicht 33 sowie die erste Materiallage 31 , jedoch keine separate zweite Materiallage 32 vorhanden. Die erste Materiallage 31 ist vorzugsweise ein Vliesstoff. Die Mittelschicht 33 ist vorzugsweise Carbotex® oder ein anderes Widerstandsmaterial.
Die erste Materiallage 31 überragt die Mittelschicht 33 mindestens in einem Randbereich, vorzugsweise auf mindestens zwei oder allen Randbereichen. Die zweiten Leiterbahnen 320 sind auf die Mittelschicht 33 gestickt bzw. genäht. Die ersten Leiterbahnen 310 sind auf die ersten Materiallage 31 gestickt bzw. genäht. Die ersten und zweiten Verbindungsbahnen 390, 391 sind auf der ersten Materiallage 31 befestigt, wobei sie auf diese genäht bzw. gestickt sind. Die Elektronikeinheiten, hier die Flexprints 380, 381 , sind ebenfalls auf der ersten Materiallage 31 befestigt. Kabel 37 bzw. Leitungen, die von den Flexprints 380, 381 zur externen Steuerungsvorrichtung 4 führen, lassen sich ebenfalls auf der ersten Materiallage 31 befestigen. Die Flexprints 380, 381 sowie die Kabel 37 bzw. Leitung lassen sich beispielsweise mit Klebestreifen 6 ankleben.
Die ersten und zweiten Leiterbahnen 310, 320 sind in diesem Beispiel einteilig mit den jeweiligen ersten und zweiten Verbindungsbahnen 390, 391 verbunden. D.h. sie sind durch dieselben Bahnen, insbesondere Drähte, gebildet. Vorzugsweise sind sie silberbeschichtete Kupferdrähte. Je nach Ausführungsform lässt sich dieser Materialverbund als solches verwenden, beispielsweise in einer Matratze oder auf einem Bettenrost. In andere Ausführungsformen ist es ferner von einer schützenden Hülle umgeben oder es bedeckt zumindest die mittelschicht-seitige Oberfläche des Materialverbunds. Die Hülle besteht vorzugsweise aus der oberen Lage 35 und/oder der unteren Lage 34.
Die Ausführungsform gemäss den Figuren 5 und 6 wird vorzugsweise wie folgt hergestellt: Zuerst werden die ersten Materialbahnen 310 und die ersten Verbindungsbahnen 390 auf die erste Materiallage 31 , hier das Vlies, genäht bzw. gestickt.
Anschliessend wird die Mittelschicht 33 auf die erste Materiallage 31 gelegt. Die zweiten Leiterbahnen 320 nun auf die Mittelschicht 33 genäht bzw. gestickt. Dabei wird darauf geachtet, dass keine Stiche gesetzt werden, die die darunter liegenden ersten Leiterbahnen 310 verletzen könnten. Dies ist dank programmierten Stickmaschinen, die im Stickmusterprogramm jeweils diejenigen Stiche nicht ausführt, die zu einer derartigen Verletzung führen würden. Der über die Mittelschicht 33 herausragende Bereich der zweiten Leiterbahnen 320, d.h. somit die zweiten Verbindungsbahnen 391 , werden in demselben Arbeitsschritt auf die erste Materiallage 31 genäht bzw. gestickt bis hin zu den Flexprints 380, 381.
Die Mittelschicht 33 wird dadurch ebenfalls auf der ersten Materiallage 31 befestigt. In anderen Ausführungsformen wird sie vor oder nach dem Aufnähen der ersten Leiterbahnen zusätzlich mit der ersten Materiallage 31 verbunden, insbesondere aufgenäht.
In einem nächsten Verfahrensschritt werden die Flexprints 380, 381 auf der ersten Materiallage 31 befestigt. Dieser Schritt lässt sich auch vor dem Annähen der ersten und zweiten Leiterbahnen 310, 320 oder nach dem Annähen der ersten Leiterbahnen 310, jedoch erst nach dem Annähen der zweiten Leiterbahnen 320 durchführen. Anschliessend oder vor dem Befestigen der Flexprints 380, 381 werden die ersten und zweiten Verbindungsbahnen 390, 391 an die Flexprints 380, 381 gecrimpt, die Kabel 37 werden, falls nicht bereits vorgängig erfolgt, an die Flexprints 380, 381 angeschlossen und nach aussen geführt.
Diese Ausführungsform ermöglicht eine industrielle Herstellung zu einem minimierten Preis.
Im beschriebenen Beispiel ist das erfindungsgemässe Drucksensorlaken 3 zwischen dem Bettlaken 2 und der Matratze 1 angeordnet. Dies ist in Figur 7 nochmals schematisch dargestellt.
Das Drucksensorlaken 3 lässt sich jedoch auch unterhalb der Matratze 1 anordnen, wodurch es zwischen der Matratze 1 und einem Bettenrost 9 angeordnet ist. Dies ist in Figur 8 gezeigt.
Ferner lässt es sich in die Unterseite der Matratze 1 integrieren, wie in Figur 9 erkennbar ist.
In der Variante gemäss Figur 10 ist das Drucksensorlaken 3 gemeinsam mit dem Bettenrost 9 ausgebildet. Es kann beispielsweise herstellerseitig auf dem Bettenrost 9 fixiert sein.
In der Ausführungsform gemäss Figur 11 ist das Drucksensorlaken 3 innerhalb der Matratze 1 angeordnet. Es kann sich mittig, im oberen oder im unteren Bereich bezüglich der Dicke der Matratze 1 befinden. Im dargestellten Beispiel ist es annähernd mittig angeordnet.
Bettenroste 9 gemäss dem Stand der Technik sind sehr unterschiedlich ausgebildet. Es sind beispielsweise Federroste, Drahtroste, Sprungfederrahmen, Lattenroste und Federholzrahmen bekannt. Da die ersten und zweiten Leiterbahnen 310, 320 sowie die ersten und zweiten Verbindungsbahnen 390, 391 im erfindungsgemässen Drucksensorlaken 3 an- bzw. aufgenäht sind, lassen sie sich zu beliebigen Mustern zusammensetzen, solange genügend Kreuzungspunkte 30 als Sensoren vorhanden sind. Insbesondere lassen sich die Kreuzungspunkte 30 an gezielten Stellen anordnen.
In Figur 12 ist ein Bettenrost 9 dargestellt mit einem äusseren Rahmen 90 und quer verlaufenden Latten 91. Auf den einzelnen Latten 91 sind mehrere Teller 92 angeordnet, die sich federnd den Belastungen bei Benützung des Betts anpassen. In Figur 13 ist zu diesem Bettenrost 9 passend hergestelltes erfindungsgemässes Drucksensorlaken 3 dargestellt, wobei lediglich die ersten und zweiten Leiterbahnen 310, 320 gezeigt sind. Wie gut erkennbar ist, sind die Abstände der Leiterbahnen 310, 320 so gewählt, dass die Kreuzungspunkte 30 jeweils auf einen Teller 92 fallen.
Das erfindungsgemässe Drucksensorlaken 3 lässt sich einfach und kostengünstig herstellen und ermöglicht eine flexible Ausgestaltung sowohl in der Wahl der Materiallagen 31 , 32 wie auch in der Anordnung der Leiter- und Verbindungsbahnen 310, 320, 390, 391. BEZUGSZEICHENLISTE
Matratze 390 erste Verbindungsbahn
391 zweite Verbindungsbahn
Bettlaken 392 Faden
Drucksensorlaken 4 Steuerungsvorrichtung Kreuzungsbereich erste Materiallage 5 Cloud erste Leiterbahn
6 Klebestreifen zweite Materiallage zweite Leiterbahn 8 Temperatursensor
80 Sensorleitung
Mittelschicht untere Lage 9 Betten rost obere Lage 90 Rahmen Anschluss 91 Latte Kabel 92 Teller erster Flexprint zweiter Flexprint P Patient

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Flächige Drucksensoreinheit mit ersten Leiterbahnen (310) und zweiten Leiterbahnen (32) und mit einer zwischen den ersten und den zweiten Leiterbahnen (310, 320) angeordnete Mittelschicht (33), wobei sich die ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) durch die Mittelschicht (33) beabstandet kreuzen, wodurch Kreuzungspunkte (30) gebildet sind, um als Sensoren eine durch äussere Druckeinwirkung erzeugte Abstandänderung zwischen den ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) zu detektieren, wobei die Leiterbahnen (310, 320) auf mindestens eine Materiallage (31 , 32) genäht sind und wobei erste und zweite Verbindungsbahnen (390, 391) vorhanden sind, die sich, von den ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) wegführend, zu mindestens einer Elektronikeinheit (380, 381) erstrecken und an der mindestens einen Elektronikeinheit (380, 381) enden, und wobei die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) auf der mindestens einen Materiallage (31 , 32) genäht sind.
2. Flächige Drucksensoreinheit nach Anspruch 1 , wobei die ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) sowie die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) mit der mindestens einen Materiallage (31 , 32) ausschliesslich durch Aufnähen an der mindestens einen Materiallage (31 , 32) befestigt sind.
3. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Verlängerungen der ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) bilden, wodurch die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) einteilig mit den ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) ausgebildet sind.
4. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten Leiterbahnen (310) Zeilen eines Gitters bilden, wobei die Zeilen Enden aufweisen, zwei einander gegenüberliegende erste Seiten des Gitters definieren, wobei die zweiten Leiterbahnen (320) Spalten des Gitters bilden, wobei die Spalten Enden aufweisen, die zwei einander gegenüberliegende zweite Seiten des Gitters definieren, wobei die von den ersten Leiterbahnen (310) wegführenden ersten Verbindungsbahnen (390) entlang mindestens einer der zwei ersten Seiten des Gitters zu mindestens einer der zwei zweiten Seiten des Gitters führen und wobei die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (310, 320) an der mindestens einen zweiten Seite des Gitters mit der mindestens einen Elektronikeinheit (380, 381) verbunden sind.
5. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) elektrisch leitfähige Fäden, Drähte oder Kabel sind.
6. Flächige Drucksensoreinheit nach Anspruch 5, wobei die Oberflächen der ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) sowie die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) keine elektrische Isolation aufweisen. .
7. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die flächige Drucksensoreinheit mindestens einen Flexprint (380, 381) aufweist, der die Elektronikeinheit bildet.
8. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) durch Crimpen mit der mindestens einen Elektronikeinheit (380, 381) verbunden ist.
9. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mittelschicht (33) ein Dielektrikum oder elektrisch isolierend ist.
10. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten Leiterbahnen (310), die ersten Verbindungsbahnen (390) und die zweiten Verbindungsbahnen (391) auf einer ersten Materiallage (31) und die zweiten Leiterbahnen (320) auf die Mittelschicht (33) genäht ist.
11. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten Leiterbahnen (310) und die ersten Verbindungsbahnen (390) auf einer ersten Materiallage (31) und die zweiten Leiterbahnen (320) und die zweiten Verbindungsbahnen (391) auf einer zweiten Materiallage (32) genäht sind und wobei die Mittelschicht (33) zwischen der ersten und der zweiten Materiallage (31, 32) angeordnet ist.
12. Flächige Drucksensoreinheit nach Anspruch 11, wobei die erste Materiallage (31), die zweite Materiallage (32) und die Mittelschicht (33) selbsttragende Materialbahnen sind, die nach dem Aufnähen der ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) und der ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) zusammengefügt sind.
13. Flächige Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste und, falls vorhanden, die zweite Materiallage (31 , 32) je eine oder eine gemeinsame textile Materiallage sind, vorzugsweise ein Gewebe, Gewirke, ein gewalkter Stoff, Gestrick, Geflecht, Nähgewirk, Vliesstoff oder Filz.
14. Verfahren zur Herstellung einer flächigen Drucksensoreinheit gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) in einem ersten vorgegebenen Muster auf mindestens eine Materiallage (31 , 32) genäht werden und wobei die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) in einem zweiten vorgegebenen Muster auf die mindestens eine Materiallage (31 , 32) genäht, wobei sie von den ersten und zweiten Leiterbahnen (310, 320) zur mindestens einen Elektronikeinheit (380, 381) führen und wobei die ersten und zweiten Verbindungsbahnen (390, 391) mit der mindestens einen Elektronikeinheit (380, 381) verbunden werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die ersten Leiterbahnen (310) und die ersten Verbindungsbahnen (390) auf eine Materiallage (31) genäht werden, wobei anschliessend die zweiten Leiterbahnen (320) auf die Mittelschicht (33) genäht werden und wobei anschliessend oder gleichzeitig die zweiten Verbindungsbahnen (391) auf die Materiallage (31) genäht werden.
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