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DE102019125653A1 - Sensor for the qualitative and / or quantitative detection of forces and / or pressures - Google Patents

Sensor for the qualitative and / or quantitative detection of forces and / or pressures Download PDF

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DE102019125653A1
DE102019125653A1 DE102019125653.4A DE102019125653A DE102019125653A1 DE 102019125653 A1 DE102019125653 A1 DE 102019125653A1 DE 102019125653 A DE102019125653 A DE 102019125653A DE 102019125653 A1 DE102019125653 A1 DE 102019125653A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
contact element
conductor track
pressure
pressure piece
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102019125653.4A
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German (de)
Inventor
Daniel von Waldthausen
Jergus Majernik
Javier Marcano Pereira
Christoph von Brockhusen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nwtn Berlin GmbH
Nwtn-Berlin GmbH
Original Assignee
Nwtn Berlin GmbH
Nwtn-Berlin GmbH
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 Nwtn Berlin GmbH, Nwtn-Berlin GmbH filed Critical Nwtn Berlin GmbH
Priority to DE102019125653.4A priority Critical patent/DE102019125653A1/en
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Abstract

Offenbart wird ein Sensor (1) für die qualitative und/oder quantitative Erfassung von auf dem Sensor (1) lastenden Kräften und/oder Drücken mit• einer mit Kontaktoberflächen jedenfalls teilweise exponiert liegenden, mit zwei elektrischen Polen einer Messstromquelle verbindbaren, einen elektrischen Widerstand aufweisenden Leiterbahnstruktur (3),• einem in einer Nullstellung des Sensors (1) zu den Kontaktoberflächen beabstandeten, eine den Kontaktflächen zugewandte, elektrisch leitend ausgebildete Leitfläche aufweisenden, flexibel verformbaren, flächigen Kontaktelement (5), und• einem aus einem flexibel verformbaren Material gebildeten, auf einer der Leiterbahnstruktur (3) gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements (5) angeordneten Druckstück (6), welches eine Andruckfläche aufweist, mit der es den Kontaktoberflächen der Leiterbahnstruktur (3) gegenüberliegt und die sich in einem Querschnittsumfang ausgehend von einer Basis in Richtung des Kontaktelements (5) gesehen verjüngt.Das Druckstück (6) ist dabei angeordnet und eingerichtet, bei auf dem Sensor (1) einwirkender Kraft oder auf dem Sensor (1) lastendem Druck in Richtung des Kontaktelements (5) verlagert zu werden, und das Kontaktelement (5) in Richtung der Kontaktoberflächen der Leiterbahnstruktur (3) zu drücken.Disclosed is a sensor (1) for the qualitative and / or quantitative detection of forces and / or pressures exerted on the sensor (1) with an electrical resistance which is at least partially exposed to contact surfaces and can be connected to two electrical poles of a measurement current source Conductor track structure (3), • a flexible, deformable, flat contact element (5) which is spaced apart from the contact surfaces in a zero position of the sensor (1) and has an electrically conductive conductive surface facing the contact surfaces, and • a flexible, deformable contact element (5), Pressure piece (6) arranged on a side of the contact element (5) opposite the conductor track structure (3), which has a pressure surface with which it faces the contact surfaces of the conductor track structure (3) and which extends in a cross-sectional circumference starting from a base in the direction of the contact element (5) seen tapers. The pressure piece (6) is arranged and set up to be displaced in the direction of the contact element (5) in the event of a force acting on the sensor (1) or pressure exerting on the sensor (1), and the contact element (5) in the direction of the contact surfaces of the To press the conductor track structure (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor für die qualitative und/oder quantitative Erfassung von auf dem Sensor lastenden Kräften und/oder Drücken.The present invention relates to a sensor for the qualitative and / or quantitative detection of forces and / or pressures on the sensor.

In vielen technischen Anwendungen ist es wünschenswert oder gar erforderlich, Kräfte und/oder Drücke wenigstens qualitativ, häufig aber auch quantitativ erfassen bzw. bestimmen zu können. In den entsprechenden Anwendungen kommen hierfür Drucksensoren bzw. Kraftsensoren zum Einsatz, die von ganz unterschiedlicher Gestalt sein können.In many technical applications it is desirable or even necessary to be able to record or determine forces and / or pressures at least qualitatively, but often also quantitatively. In the corresponding applications, pressure sensors or force sensors, which can be of completely different shapes, are used for this purpose.

Die vorliegende Erfindung adressiert hier insbesondere einen Bereich, der zunehmend Bedeutung erlangt, nämlich die Integration von Druck- oder Kraftsensoren in Alltagsgegenstände, bei denen eine auf einer Fläche lastende Kraft beziehungsweise ein Druck erfasst und jedenfalls qualitativ, mit Vorteil aber auch quantitativ bestimmt werden soll. Im Besonderen geht es hierbei um Anwendungen für Druck- oder Kraftmessungen in Gegenständen mit einer flexiblen bzw. elastischen Fläche, auf der die zu bestimmenden oder zu erfassenden Drücke oder Kräfte auflasten. Beispiele hierfür sind in den Innensohlen von Schuhen, insbesondere Sportschuhen, wie Laufschuhen, integrierte Druck- beziehungsweise Kraftsensoren oder derartige Sensoren in Sitzpolstern oder Rückenlehnen von Sitzmöbeln oder dergleichen.The present invention particularly addresses an area that is becoming increasingly important, namely the integration of pressure or force sensors in everyday objects, in which a force or pressure on a surface is to be recorded and determined qualitatively, but advantageously also quantitatively. In particular, it is about applications for pressure or force measurements in objects with a flexible or elastic surface on which the pressures or forces to be determined or recorded are applied. Examples of this are in the insoles of shoes, in particular sports shoes, such as running shoes, integrated pressure or force sensors or such sensors in seat cushions or backrests of seating furniture or the like.

Bei diesen Anwendungen sind Sensoren für die Erfassung von Druck und/oder Kraft gefordert, die einerseits kompakt und insbesondere flach im Aufbau sind, andererseits bevorzugt die Flexibilität des Materials oder Gegenstandes, in den sie integriert werden, nicht vermindern oder ganz aufheben.In these applications, sensors for the detection of pressure and / or force are required which, on the one hand, are compact and, in particular, flat in construction, and, on the other hand, preferably do not reduce or completely eliminate the flexibility of the material or object in which they are integrated.

In derartigen Anwendungsfeldern ist es häufig auch erforderlich auf einer Fläche lastende Kräfte bzw. einen dort anliegenden Druck nicht nur pauschal zu erfassen, sondern räumlich und/oder zeitlich aufgelöst zu bestimmen, sei dies qualitativ, sei dies auch in einer quantitativen Messung. Aus den Ergebnissen der Messungen können dann weitere Informationen gewonnen werden. Zum Beispiel kann dies bei der Erfassung von beim Gehen oder Laufen dynamisch auf einem Fuß einer Person lastenden Kräften, aufgelöst insbesondere auch nach verschiedenen Abschnitten der Fußanatomie, erfolgen. Die Erfassung solcher Kräfte beziehungsweise solcher Drucklasten erlaubt zum Beispiel Aufschlüsse über Fehlstellungen des Bewegungsapparates, kann darüber hinaus auch hilfreich sein im Training eines Sportlers, z.B. für die Verbesserung seines Laufstils.In such fields of application, it is often necessary not only to collectively record forces or a pressure applied there, but also to determine it spatially and / or temporally resolved, be it qualitative, be it also in a quantitative measurement. Further information can then be obtained from the results of the measurements. For example, this can be done when detecting forces that are dynamically on a person's foot when walking or running, resolved in particular also according to different sections of the foot's anatomy. The recording of such forces or such pressure loads allows information about malpositions of the musculoskeletal system, for example, and can also be helpful in training an athlete, e.g. to improve his running style.

Verschiedene Kraft- bzw. Drucksensoren sowie mit diesen gebildete Sensoranordnungen, die eine zeitlich und/oder räumlich aufgelöste Erfassung von auf der Fläche lastenden Kräften bzw. anliegenden Drücken ermöglichen, sind bereits vorgeschlagen worden.Various force or pressure sensors and sensor arrangements formed with them, which enable a temporally and / or spatially resolved detection of forces or pressures applied to the surface, have already been proposed.

In der DE 3704870 ist eine flächige Anordnung mit kapazitiven Sensoren zur Messung von Druckkräften in einem Schuh beschrieben. Die Grenzen dieses auch aktuell noch am Markt erhältlichen Systems liegen im hohen technischen Aufwand, dem Stromverbrauch sowie dem störenden Einfluss von Feuchtigkeit und Temperatur. Sensoren gemäß der DE 3704870 müssen in kurzen Abständen von Fachleuten kalibriert werden, und die komplizierte Elektronik führt zu kurzen Batterielaufzeiten und hohen Verkaufspreisen.In the DE 3704870 describes a flat arrangement with capacitive sensors for measuring compressive forces in a shoe. The limits of this system, which is currently still available on the market, lie in the high technical effort, power consumption and the disruptive influence of humidity and temperature. Sensors according to the DE 3704870 must be calibrated by specialists at short intervals, and the complicated electronics result in short battery life and high sales prices.

Weiterhin gibt es auf Basis von in Folienform gebildeten, kraft- bzw. druckabhängigen elektrischen Widerständen arbeitende Sensoren, sogenannte Force Sensing Resistors, aufgebaute flächige Sensoranordnungen, die z.B. auch für eine Verwendung für eine Messung von Auflasten in Schuhen (in Innensohlen integriert) vorgeschlagen worden sind. Die grundlegende Funktion der vorstehend benannten Sensoren ist z.B. beschrieben in der US 4,314,227 .Furthermore, there are sensors, so-called force sensing resistors, built on the basis of force or pressure-dependent electrical resistances formed in film form, which have been proposed, for example, also for use for measuring loads in shoes (integrated in insoles) . The basic function of the sensors mentioned above is described, for example, in US Pat U.S. 4,314,227 .

Beispiele für mit einer solchen oder vergleichbaren Sensortechnik ausgestattete Schuhinnensohlen (bzw. Schuheinlegesohlen) sind beschrieben in den US 2010/0063779 A1 , US 5,033,291 und DE 11 2012 000 006 T5 .Examples of shoe insoles (or shoe insoles) equipped with such or comparable sensor technology are described in US 2010/0063779 A1 , U.S. 5,033,291 and DE 11 2012 000 006 T5 .

Die in Folienform gebildeten Sensoren nach dem Prinzip der Force Sensing Resistors haben eine entscheidende Schwäche, die bisher einen Masseneinsatz insbesondere für den Privatanwender verhindert hat: Die nach diesem Prinzip gebildeten Sensorzellen sind unbeständig und verändern ihren elektrischen Widerstand teils vorübergehend, teils dauerhaft nach starken mechanischen Belastungen. Eine Reproduzierbarkeit von Messungen ist dadurch nicht gegeben. Wenn eine Sensoranordnung, z.B. in einer Einlegesohle, bspw. fünfzehn einzelne nach dem Prinzip der Force Sensing Resistors arbeitende Sensoren enthält, ist es normal, dass von diesen Sensorzellen vier oder fünf nach Belastung eine dauerhaft veränderte Kennkurve aufweisen, während die weniger belasteten Sensoren unbeschädigt bleiben. Die auf diese Weise verzerrten Messungen sind nicht vertrauenswürdig und die Werte mehrerer der individuellen Sensoren sind nicht miteinander vergleichbar. Nutzer helfen sich damit, dass sie die Sensorfolien der Sensoranordnung nach wenigen Einsatzstunden ersetzen, was das Problem abmildert, aber nicht löst.The sensors made in foil form based on the Force Sensing Resistor principle have a crucial weakness that has hitherto prevented their mass use, especially for private users: The sensor cells formed according to this principle are inconsistent and change their electrical resistance, sometimes temporarily, sometimes permanently after strong mechanical loads . This means that measurements cannot be reproduced. If a sensor arrangement, e.g. in an insole, contains fifteen individual sensors working on the principle of force sensing resistors, it is normal for four or five of these sensor cells to have a permanently changed characteristic curve after loading, while the less loaded sensors remain undamaged . The measurements distorted in this way are not trustworthy and the values of several of the individual sensors cannot be compared with one another. Users help themselves by replacing the sensor foils of the sensor arrangement after a few hours of use, which alleviates the problem, but does not solve it.

Alle derzeitig angebotenen Systeme haben drei entscheidende Schwächen: Sie sind teuer, nur stationär einsetzbar und benötigen intensive Wartung. Damit sind diese Systeme weit entfernt von einem an den Endverbraucher gerichteten Produkt für den Massenmarkt. Weil sie keine hohen Stückzahlen erreichen, sind die sonst bei Elektronikprodukten erwarteten Kostensenkungen unmöglich. Dabei ergibt sich der hohe Preis nicht nur aus der komplizierten Technik und dem relativ hohen Stromverbrauch, sondern auch aus den ständig notwendigen Kalibrierungen sowie dem Ersatz der mit den Sensoren ausgestatteten Teile, z.B. verschlissener Sensorsohlen, bei der zuletzt beschriebenen Technik mit Sensoren auf Basis von Force Sensing Resistors. Für die Kalibration werden speziell geschulte Fachleute gebraucht, was einen Masseneinsatz weiter behindert. So sind z.B. im Ergebnis in Kaufhäusern, Sportvereinen und Arztpraxen weltweit kaum mit einer flächigen Sensoranordnung zur raum- und/oder zeitaufgelösten Kraft- bzw. Druckmessung eingerichteten Einlegesohlen zu finden bzw. im Einsatz. Stattdessen findet man dort für die Zwecke der Erfassung von beim Gehen oder Laufen auftretenden Lasten und Belastungen Laufbänder mit Videokameras und Kistler-Kraftmessplatten eingesetzt, die zwar teuer sind, aber wenigstens wartungsarm.All the systems currently on offer have three decisive weaknesses: They are expensive, can only be used in a stationary manner and require intensive use Maintenance. This means that these systems are far from being a product aimed at the end user for the mass market. Because they do not produce large quantities, the cost reductions otherwise expected for electronic products are impossible. The high price arises not only from the complicated technology and the relatively high power consumption, but also from the constantly necessary calibrations and the replacement of the parts equipped with the sensors, e.g. worn sensor soles, in the case of the technology described last with sensors based on Force Sensing resistors. Specially trained specialists are required for the calibration, which further impedes mass use. As a result, for example, insoles equipped with a flat sensor arrangement for space- and / or time-resolved force or pressure measurement can hardly be found or used worldwide in department stores, sports clubs and medical practices. Instead, treadmills with video cameras and Kistler force plates are used there for the purpose of recording loads and strains that occur when walking or running, which are expensive, but at least require little maintenance.

Eine weitere Sensorkonstruktion gibt die noch unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 10 2018 127 320.7 an. Dort ist eine Sensoranordnung mit einzelnen Sensoren offenbart, die eine kraft- bzw. druckabhängige Widerstandsänderung des Sensorbauteils dadurch erreicht, dass ein einer Leiterbahnanordnung gegenüberliegendes Kontaktelement, welches eine sich in Richtung der Leiterbahnen verjüngende Querschnittkontur aufweist, abhängig von der außen anliegenden Kraft oder dem Druck weniger stark oder stärker gegen die Leiterbahnen gepresst wird und sich dabei verformt. Aufgrund der Verformung wird eine Fläche, mit der das Kontaktelement die Leiterbahnen berührt, größer oder bleibt - bei geringerem auflastendem Druck oder niedrigerer anliegender Kraft - kleiner. Abhängig von der Größe der Fläche, mit der das Kontaktelement die Leiterbahnen berührt, entstehen im Querschnitt größere oder im Querschnitt geringere elektrische Verbindungen zwischen Leiterbahnabschnitten, die mit unterschiedlichen Polen verbunden sind, sodass sich mit größer werdendem Druck bzw. mit größere werdender anliegender Kraft der Widerstand des einzelnen Sensors bzw. Sensorelements verringert.Another sensor design is the as yet unpublished German patent application 10 2018 127 320.7 at. There, a sensor arrangement with individual sensors is disclosed, which achieves a force- or pressure-dependent change in resistance of the sensor component in that a contact element opposite a conductor path arrangement, which has a cross-sectional contour tapering in the direction of the conductor paths, is less dependent on the external force or pressure is pressed strongly or more strongly against the conductor tracks and deforms in the process. As a result of the deformation, an area with which the contact element touches the conductor tracks becomes larger or remains smaller - in the case of lower pressure or lower applied force. Depending on the size of the area with which the contact element touches the conductor tracks, electrical connections between conductor track sections that are connected to different poles are larger or smaller in cross section, so that the resistance increases as the pressure increases or the applied force increases of the individual sensor or sensor element is reduced.

Grundsätzlich hat sich diese Bauform als gut geeignet herausgestellt, was eine kostengünstige Produktion und eine Robustheit der einzelnen Sensoren, was auch die Dauerhaftigkeit der Sensoren im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit ihrer Sensorausgaben bzw. Messwerte betrifft. Allerdings hat sich gezeigt, dass das Ausbilden der leitenden Oberfläche auf den Kontaktelementen, was aus produktionstechnischen Gründen mit einer Beschichtung eines elektrisch leitenden Materials, das fest auf ein aus einem nicht elektrisch leitenden Elastomer gebildetes Trägerelement aufgebracht wird, erfolgt, die so gebildeten einzelnen Sensoren häufig deutlich und für das Einhalten von vorgegebenen Toleranzwerten nicht genügende Abweichungen in ihren elektrischen Sensorkennlinien voneinander aufzeigten. Es war mit anderen Worten nicht möglich, die elektrisch leitende Beschichtung so genau zu reproduzieren, dass die elektrischen Eigenschaften der so gebildeten Kontaktelemente in einem technisch brauchbaren Toleranzfenster stets übereinstimmten. Aufgrund dieser Schwankungen ergaben sich dann Probleme bei der Kalibrierung von mit diesen Sensoren gebildeten Sensoranordnungen, da diese nicht einfach mit vorgegebenen Kennlinien der einzelnen Sensoren arbeiten konnten, da diese Kennlinien sich aufgrund der Abweichungen der elektrischen Leiteigenschaften der Beschichtungen der einzelnen Kontaktelemente von Sensor zu Sensor teilweise deutlich und eben zu stark unterschieden.In principle, this design has proven to be well suited for inexpensive production and robustness of the individual sensors, which also relates to the durability of the sensors with regard to the reproducibility of their sensor outputs or measured values. However, it has been shown that the formation of the conductive surface on the contact elements, which for production-related reasons is done with a coating of an electrically conductive material that is firmly applied to a carrier element made of a non-electrically conductive elastomer, the individual sensors formed in this way often clearly showed deviations from one another in their electrical sensor characteristics that were insufficient for compliance with specified tolerance values. In other words, it was not possible to reproduce the electrically conductive coating so precisely that the electrical properties of the contact elements formed in this way always matched within a technically usable tolerance window. Because of these fluctuations, problems then arose when calibrating sensor arrangements formed with these sensors, since they could not simply work with predetermined characteristics of the individual sensors, since these characteristics partly differ from sensor to sensor due to the deviations in the electrical conductive properties of the coatings of the individual contact elements clearly and just too strongly differentiated.

Die Anwendung von wie eingangs erwähnten Sensoren und etwaigen daraus gebildeten Sensoranordnungen ist dabei, wie schon eingangs erwähnt, allerdings nicht beschränkt auf eine Anordnung in einer Einlegesohle oder Innensohle eines Schuhs und die Erfassung von dynamischen Messwerten dort. Entsprechende Sensoranordnungen lassen sich auch für einen Einsatz in anderen Anwendungen vorstellen, zum Beispiel im Bereich einer Sitzfläche eines Sitzmöbels, um das Sitzverhalten eines Nutzers dynamisch zu erfassen und zu überwachen. In einer solchen Anwendung könnten beispielsweise Warnungen ausgegeben werden, wenn ein Nutzer einer solchen Technologie an einem Arbeitsplatz insgesamt zu lange, zu lange in einer bestimmten Haltung oder aber überhaupt in einer ungesunden Haltung sitzt, um den Anwender damit zu motivieren, seine Sitzposition zu verlassen oder zu verändern, um somit zum Beispiel Rückenschädigungen durch zu langes und falsches Sitzen vorzubeugen.The use of sensors as mentioned at the beginning and any sensor arrangements formed therefrom is, as already mentioned, but not limited to an arrangement in an insole or insole of a shoe and the acquisition of dynamic measured values there. Corresponding sensor arrangements can also be envisaged for use in other applications, for example in the area of a seat surface of a chair, in order to dynamically record and monitor the sitting behavior of a user. In such an application, for example, warnings could be issued if a user of such a technology sits at a workplace for too long, too long in a certain posture or in an unhealthy posture at all, in order to motivate the user to leave his seated position or to prevent back damage from sitting too long or incorrectly, for example.

Vor dem Hintergrund des vorstehenden war es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor für die qualitative und/oder quantitative Erfassung von auf dem Sensor lastenden Kräften und/oder Drücken anzugeben, der insbesondere vergleichbar wie die Sensoren der in der unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2018 127 320.7 offenbarten Sensoranordnung kostengünstig herzustellen ist mit einer guten Standzeit und Dauerhaftigkeit der Sensoreigenschaften, bei zugleich verbesserter Vergleichbarkeit von Einzelsensoren, die industriell in einem entsprechenden Design gefertigt sind. Mit anderen Worten sollen die erfindungsgemäß anzugebenden Sensoren bei unter gleichen Herstellungsbedingungen gebildeten Sensoren gleiche Kennlinien aufweisen, sodass sie insbesondere auch in mehrere solcher Sensoren enthaltenden Sensoranordnungen zusammengefasst werden können, ohne dass bei einer späteren Auswertung auf Unterschiede in den Kennlinien der einzelnen Sensoren etwa Rücksicht genommen werden muss.Against the background of the above, it was the object of the present invention to provide a sensor for the qualitative and / or quantitative detection of forces and / or pressures on the sensor, which is particularly comparable to the sensors of the unpublished patent application DE 10 2018 127 320.7 The sensor arrangement disclosed can be manufactured inexpensively with a good service life and durability of the sensor properties, with at the same time improved comparability of individual sensors that are industrially manufactured in a corresponding design. In other words, the sensors to be specified according to the invention should have the same characteristic curves for sensors formed under the same production conditions, so that they can in particular also be combined in several sensor arrangements containing such sensors without the need for a later evaluation of differences in the characteristic curves of the individual sensors must be taken into account.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Sensor für die qualitative und/oder quantitative Erfassung von auf dem Sensor lastenden Kräften und/oder Drücken mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen eines solchen erfindungsgemäßen Sensors sind in den Ansprüchen 2 bis 11 aufgezeigt. In einem weiteren Aspekt besteht die Erfindung auch in der Angabe einer flächigen Sensoranordnung für die zeitlich und/oder räumlich aufgelöste Kraft- oder Druckmessung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer solchen Sensoranordnung sind in den Ansprüchen 13 bis 15 mit besonderen Merkmalen gegeben.This object is achieved according to the invention by a sensor for the qualitative and / or quantitative detection of forces and / or pressures on the sensor having the features of claim 1. Advantageous developments of such a sensor according to the invention are shown in claims 2 to 11. In a further aspect, the invention also consists in specifying a flat sensor arrangement for the temporally and / or spatially resolved force or pressure measurement with the features of claim 12. Advantageous embodiments of such a sensor arrangement are given in claims 13 to 15 with special features.

Erfindungsgemäß weist der Sensor für die qualitative und/oder quantitative Erfassung von auf dem Sensor lastenden Kräften und/oder Drücken zunächst einmal eine mit Kontaktoberflächen jeweils teilweise exponiert liegende, mit zwei elektrischen Polen einer Messstromquelle verbindbare, einen elektrischen Widerstand aufweisende Leiterbahnstruktur auf. In der Leiterbahnstruktur können insbesondere miteinander in der Leiterbahnstruktur nicht verbundene, jedes mit einem der beiden elektrischen Pole der Messstromquelle verbindbare Äste bzw. Zweige von Leiterbahnen vorgesehen sein, die mit ihren jeweiligen Kontaktoberflächen exponiert liegen.According to the invention, the sensor for the qualitative and / or quantitative detection of forces and / or pressures on the sensor initially has a conductor track structure which is partially exposed with contact surfaces and can be connected to two electrical poles of a measuring current source and has an electrical resistance. In the conductor track structure, in particular, branches or branches of conductor tracks that are not connected to one another in the conductor track structure and can be connected to one of the two electrical poles of the measuring current source can be provided, the respective contact surfaces of which are exposed.

Der Sensor weist ferner ein in einer Nullstellung des Sensors zu den Kontaktoberflächen beanstandetes, eine den Kontaktflächen zugewandte, elektrisch leitend ausgebildete Leitfläche aufweisendes, flexibel verformbares, flächiges Kontaktelement auf. Dieses Kontaktelement kann insbesondere insgesamt leitend gebildet sein, kann aber auch eine leitende Beschichtung oder dergleichen aufweisen. Das Kontaktelement ist insbesondere flächig, mit besonderem Vorteil plan ausgebildet. Es kann zum Beispiel und insbesondere durch eine elastische, elektrisch jedenfalls an einer den Kontaktoberflächen zugewandten Oberfläche, der Leitfläche, leitend gestaltete Folie oder eine solche Membran sein.The sensor also has a flexible, deformable, flat contact element which is spaced apart from the contact surfaces when the sensor is in a zero position and has an electrically conductive conductive surface facing the contact surfaces. This contact element can in particular be made conductive overall, but can also have a conductive coating or the like. The contact element is in particular planar, with particular advantage being designed to be planar. It can be, for example, and in particular by means of an elastic film or a membrane of this type, electrically configured at least on a surface facing the contact surfaces, the conductive surface.

Der erfindungsgemäße Sensor weist weiterhin ein aus einem flexibel verformbaren Material, zum Beispiel einem Elastomer, gebildetes, auf einer der Leiterbahnstruktur gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements angeordnetes Druckstück auf, welches eine Andruckfläche aufweist, mit der es den Kontaktoberflächen der Leiterbahnstruktur gegenüberliegt und die sich in einem Querschnittsumfang ausgehend von einer Basis des Druckstücks in Richtung des Kontaktelements gesehen verjüngt. Das Druckstück kann insbesondere mit Vorteil aus einem elektrisch nichtleitenden Material gebildet sein. Das Druckstück ist erfindungsgemäß weiterhin angeordnet und eingerichtet, bei auf dem Sensor einwirkender Kraft oder bei auf dem Sensor lastenden Druck in Richtung des Kontaktelements verlagert zu werden und das Kontaktelement in Richtung der Kontaktoberflächen der Leiterbahnstruktur zu drücken.The sensor according to the invention also has a pressure piece formed from a flexibly deformable material, for example an elastomer, arranged on a side of the contact element opposite the conductor track structure, which has a pressure surface with which it faces the contact surfaces of the conductor track structure and which is in a cross-sectional circumference starting from a base of the pressure piece tapered in the direction of the contact element. The pressure piece can in particular advantageously be formed from an electrically non-conductive material. According to the invention, the pressure piece is further arranged and set up to be displaced in the direction of the contact element when a force acts on the sensor or when pressure is applied to the sensor and to press the contact element in the direction of the contact surfaces of the conductor track structure.

Ein solchermaßen gebildeter Sensor weist zwar einen verglichen mit dem in der unveröffentlichten DE 10 2018 127 320.7 beschriebenen Sensor zunächst komplexer erscheinenden Aufbau auf, da ein zusätzliches Element, nämlich das flächige Kontaktelement, vorzusehen ist. Allerdings wird dieser zunächst als Nachteil erscheinende Aspekt klar dadurch überwunden und tatsächlich zu einem Vorteil, dass das Kontaktelement mit einer bedeutend homogeneren Leitfähigkeit reproduzierbar hergestellt werden kann, sodass sich in der industriellen Fertigung solcher Sensoren Elemente erzielen lassen mit im Rahmen eines engen und vertretbaren Toleranzbereichs liegenden, innerhalb des Toleranzbereichs gleich verlaufenden Kennkurven.A sensor formed in this way has a compared to that in the unpublished DE 10 2018 127 320.7 The described sensor initially appears to have a more complex structure, since an additional element, namely the flat contact element, is to be provided. However, this aspect, which initially appears to be a disadvantage, is clearly overcome and actually to an advantage that the contact element can be reproducibly produced with a significantly more homogeneous conductivity, so that elements can be achieved in the industrial production of such sensors with within a narrow and justifiable tolerance range , characteristic curves running the same within the tolerance range.

Der erfindungsgemäße Sensor kann insbesondere auch integriert in einer flächigen Sensoranordnung ausgebildet sein, wobei die Sensoranordnung als feste und zusammenhängende Einheit gebildet ist. So können zum Beispiel mehrere, beispielsweise matrixartig angeordnete, Leiterbahnstrukturen auf einer Leiterplatte aufgebracht sein, die jeweils Bestandteil eines einzelnen und eigenen Sensors sind. Die Kontaktelemente können zum Beispiel auf einer durchgehend gebildeten Folie oder Membran durch entsprechende Beschichtungen ausgebildet sein, wobei die durchgehende Folie oder Membran über zum Beispiel die gesamte Leiterplatte, Beispielseite eine flexible Leiterplatte, gespannt sein kann. Die Druckstücke können wiederum als integrale Bestandteile einer durchgehend gefertigten Einheit, zum Beispiel einer Art Matte, gebildet sein und in ihrer Anordnung entsprechend zu der Anordnung der Leiterbahnanordnungen gesetzt und verteilt sein, sodass sie ebenfalls Bestandteile der einzelnen Sensoren bilden. Auf diese Weise kann aus erfindungsgemäßen Sensoren sehr einfach eine Sensoranordnung, beziehungsweise können mehrere Sensoranordnungen gebildet werden, die dann zum Beispiel in einer ortsaufgelösten und/oder zeitaufgelösten Erfassung von auflastenden Drücken bzw. Kräften eingesetzt werden können, insbesondere mithilfe einer geeigneten Verschaltung der einzelnen in einer solchen Sensoranordnung gebildeten, erfindungsgemäßen Sensoren.The sensor according to the invention can in particular also be designed to be integrated in a flat sensor arrangement, the sensor arrangement being formed as a fixed and cohesive unit. For example, several conductor track structures, for example arranged in a matrix-like manner, can be applied to a circuit board, each of which is part of an individual sensor of its own. The contact elements can be formed, for example, on a continuously formed film or membrane by means of appropriate coatings, wherein the continuous film or membrane can be stretched over, for example, the entire printed circuit board, for example a flexible printed circuit board. The pressure pieces can in turn be formed as integral components of a continuously manufactured unit, for example a type of mat, and their arrangement can be set and distributed in accordance with the arrangement of the conductor track arrangements, so that they also form components of the individual sensors. In this way, a sensor arrangement or several sensor arrangements can be formed very easily from sensors according to the invention, which can then be used, for example, in a spatially resolved and / or time-resolved detection of onerous pressures or forces, in particular with the help of a suitable interconnection of the individual ones in a sensors according to the invention formed in such a sensor arrangement.

Das Druckstück eines erfindungsgemäßen Sensors kann, wie bereits erwähnt, mit Vorteil aus einem Elastomermaterial gebildet sein.As already mentioned, the pressure piece of a sensor according to the invention can advantageously be formed from an elastomer material.

Das Kontaktelement kann insgesamt aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sein oder aber ebensogut aus einem elektrisch nichtleitenden, auf seiner der Leiterbahnanordnung zugewandten Seite mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet, also mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehenen Element gebildet sein.The contact element can be made entirely of an electrically conductive material or just as well from an electrically non-conductive, coated with an electrically conductive material on its side facing the conductor track arrangement, that is to say formed with an electrically conductive coating.

Die Andruckfläche des Druckstücks kann sich ausgehend von der Basis in Richtung des Kontaktelement jedenfalls in einem Abschnitt konisch verjüngen. Eine solche Ausgestaltung, dies hat sich gezeigt, ergibt eine gute und über einen weiten Messbereich gut auszuwertende Kennkurve des sich verändern Widerstands in Abhängigkeit von einem auflastenden Druck beziehungsweise einer auf dem Sensor lastenden Kraft. Wenngleich eine Nullstellung des Sensors auch so gewählt sein kann, dass das Druckstück in dieser das Kontaktelement bereits berührt, gegebenenfalls das Kontaktelement sogar schon in Richtung der Kontaktflächen der Leiterbahnen spannt und drückt, ist mit Vorteil die Nullstellung so gewählt, dass das Druckstück in einem Zustand des Sensors, bei dem dieser nicht mit einem Druck bzw. mit einer Kraft beaufschlagt ist (also in der Nullstellung) so platziert ist, dass es das Kontaktelement nicht berührt. Dadurch ergibt sich ein maximal hoher Widerstand des Sensors (der Leiterbahnen) bei in Nullstellung befindlichem Sensor.The pressure surface of the pressure piece can in any case taper conically in one section starting from the base in the direction of the contact element. Such a configuration, it has been shown, results in a good characteristic curve, which can be easily evaluated over a wide measuring range, of the changing resistance as a function of a pressure or a force on the sensor. Although a zero position of the sensor can also be selected so that the pressure piece in it already touches the contact element, possibly even tensioning and pushing the contact element in the direction of the contact surfaces of the conductor tracks, the zero position is advantageously selected so that the pressure piece is in a state of the sensor, in which this is not subjected to pressure or force (i.e. in the zero position) is placed in such a way that it does not touch the contact element. This results in a maximum resistance of the sensor (the conductor tracks) when the sensor is in the zero position.

Die Leiterbahnstrukturen können insbesondere durch gegeneinander isolierte Leiterbahnen oder Leiterbahnenabschnitte gebildet sein, von denen eine erste Leiterbahn oder ein erster Leiterbahnabschnitt mit einem ersten Pol einer Messstromquelle verbindbar und eine zweite Leiterbahn oder ein zweiter Leiterbahnabschnitt mit einem zweiten, von dem ersten Pol verschiedenen Pol der Messstromquelle verbindbar ist. Dies kann zum Beispiel in Form von zwei ineinander verschachtelten, gegeneinander elektrisch isolierten Fingerstrukturen als erste und zweite Leiterbahnen gebildet sein. Dabei kann auf die Leiterbahnen, genauer auf deren exponierte Oberfläche, eine Maske aus einem isolierenden Material aufgebracht sein, die eine Formanpassung einer Geometrie der exponiert liegenden Oberfläche Leiterbahnen oder Leiterbahnenabschnitte an eine Querschnittsgeometrie des Druckstück bewirkt. Ist das Druckstück im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig (mit in Richtung der Basis ansteigendem Durchmesser), so kann die Maske einen entsprechend kreisförmig gebildeten Ausschnitt der Leiterbahnen vorgeben, um so die Geometrie des Druckstück abzubilden.The conductor track structures can in particular be formed by mutually insulated conductor tracks or conductor track sections, of which a first conductor track or a first conductor track section can be connected to a first pole of a measuring current source and a second conductor track or a second conductor track section can be connected to a second pole of the measuring current source that is different from the first pole is. This can be formed, for example, in the form of two nested, mutually electrically insulated finger structures as first and second conductor tracks. In this case, a mask made of an insulating material can be applied to the conductor tracks, more precisely on their exposed surface, which causes a shape adaptation of a geometry of the exposed surface conductor tracks or conductor track sections to a cross-sectional geometry of the pressure piece. If the pressure piece is essentially circular in cross section (with a diameter that increases in the direction of the base), the mask can provide a correspondingly circular section of the conductor tracks in order to reproduce the geometry of the pressure piece.

Um sicherzustellen, dass das Kontaktelement in einer Nullstellung einen ausreichenden Abstand zu den Leiterbahnen einhält, ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Kontaktelement an Abstandshaltern festgelegt ist, die für einen entsprechenden Abstand zwischen der Kontaktoberflächen der Leiterbahnstruktur und dem Kontaktelement sorgen. Dies können zum Beispiel wandartige Erhebungen sein, die um die Leiterbahnen herum angeordnet sind, und auf denen das Kontaktelement aufliegt, insbesondere dort festgelegt ist, zum Beispiel durch Verkleben. Erst wenn nun das Druckstück von der der Leiterbahnanordnung gegenüberliegenden Seite auf das Kontaktelement zu bewegt wird und dieses in Richtung der Leiterbahnstrukturen herunterdrückt, wird der elektrische Kontakt gebildet, sinkt also der elektrische Widerstand der Leiterbahnstruktur als ein Maß für den auflastenden Druck bzw. eine anliegende Kraft. Durch die Elastizität des Kontaktelements wird, wenn das Druckstück nach Entfall der anliegenden Kraft oder des anliegenden Drucks zurückfedert auch das Kontaktelement entgegen einer durch die Verformung beim Eindrücken entstehenden Federkraft zurückfedern und in die Ausgangsposition gelangen, in der es die Kontaktoberflächen der Leiterbahnen nicht berührt.In order to ensure that the contact element maintains a sufficient distance from the conductor tracks in a zero position, it is advantageously provided that the contact element is fixed to spacers which ensure a corresponding distance between the contact surfaces of the conductor track structure and the contact element. These can, for example, be wall-like elevations which are arranged around the conductor tracks and on which the contact element rests, in particular is fixed there, for example by gluing. Only when the pressure piece is now moved from the side opposite the conductor track arrangement towards the contact element and presses it down in the direction of the conductor track structures, the electrical contact is formed, i.e. the electrical resistance of the conductor track structure decreases as a measure of the applied pressure or an applied force . Due to the elasticity of the contact element, when the pressure piece springs back after the applied force or pressure has ceased, the contact element will also spring back against a spring force resulting from the deformation when it is pressed in and will return to the starting position in which it does not touch the contact surfaces of the conductor tracks.

Wie bereits erwähnt, ist Bestandteil der Erfindung auch eine flächige Sensoranordnung für die zeitlich und/oder räumlich aufgelöste Kraft- oder Druckmessung mit einer über eine Erfassungsfläche verteilten Anordnung einzelner, wie vorstehend beschrieben ausgebildeter Sensoren und mit einer Steuerung, mit der die Sensoren verschaltet sind. Wie schon vorstehend erwähnt, können die Druckstücke mehrerer Sensoren der Sensoranordnung untereinander in einer Druckstückauflage verbunden sein. Diese Druckstückauflage kann, wie bereits erwähnt, mattenartig gestaltet sein. Auch die Kontaktelemente der Sensoren können auf einer durchgehenden Folie oder Membran oder einem anderen entsprechenden flächigen Element ausgebildet sein. Die Leiterbahnstrukturen können, wie ebenfalls bereits erwähnt, auf einer gemeinsamen Leiterplatte, insbesondere einer flexiblen Leiterplatte, angeordnet sein.As already mentioned, part of the invention is also a flat sensor arrangement for the temporally and / or spatially resolved force or pressure measurement with an arrangement of individual sensors designed as described above and with a controller with which the sensors are connected distributed over a detection area. As already mentioned above, the pressure pieces of several sensors of the sensor arrangement can be connected to one another in a pressure piece support. This pressure piece support can, as already mentioned, be designed like a mat. The contact elements of the sensors can also be formed on a continuous film or membrane or another corresponding flat element. As already mentioned, the conductor track structures can be arranged on a common circuit board, in particular a flexible circuit board.

Mit Vorteil kann die Steuerung der Sensoranordnung eingerichtet sein, Sensorsignale der einzelnen Sensoren in einer vorgegebenen zeitlichen Taktung wiederholt zu erfassen und einer Auswertung zuzuführen. Dies führt zu einer guten zeitlich und/oder räumlich aufgelösten Erfassung von auf der Sensoranordnung lastenden Drücken oder Kräften, sodass hier auch dynamische und/oder räumlich verteilte Vorgänge besser erfasst werden können.The control of the sensor arrangement can advantageously be set up to record sensor signals from the individual sensors repeatedly in a predetermined time cycle and to supply them to an evaluation. This leads to a good temporally and / or spatially resolved detection of pressures or forces on the sensor arrangement, so that dynamic and / or spatially distributed processes can also be better detected here.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

  • 1 in drei Ansichten a, b und c eine stark schematisierte Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäß gebildeten Sensors in einer Nullstellung (a), einer Stellung bei mäßiger auflastender Kraft / mäßigem auflastendem Druck (b) und einer Stellung bei hoher auflastender Kraft / hohem auflastendem Druck (c);
  • 2 eine Aufsicht auf eine aus erfindungsgemäßen Sensoren in erfindungsgemäßer Weise gestaltete Sensoranordnung (ohne die Steuerung);
  • 3 eine Explosionsdarstellung der Sensoranordnung aus 2;
  • 4 in zwei Ansichten, einer Aufsicht (4a), und einer isometrischen Ansicht (4b) ein erstes Sensorteil eines Sensors der Sensoranordnung;
  • 5 in drei Ansichten, einer Aufsicht (5a), einer isometrischen und explodierenden Ansicht (5b) und einem Längsschnitt (5c) ein zweites Sensorteil eines Sensors der Sensoranordnung;
  • 6 in drei Ansichten, einer Aufsicht von der Rückseite her (6a), einer Aufsicht von der Vorderseite her (6b) und einer Seitenansicht ( 6c) zwei über Leitungsabschnitte zusammenhängende Leiterplatten mit darauf ausgebildeten ersten Sensorteilen der Sensoranordnung nach 2;
  • 7 in drei Ansichten, einer Aufsicht von der Rückseite her (7a), einer Aufsicht von der Vorderseite her (7b) und einer Seitenansicht ( 7c) zwei mattenartig zusammenhängend gebildete Anordnungen mit zweiten Sensorteilen der Sensoranordnung nach 2;
  • 8 eine Kennlinie eines Sensors nach 1, wie er in der der Sensoranordnung nach 2 eingebunden sein kann; und
  • 9 in einer schematischen Darstellung eine weitere Anwendungsmöglichkeit einer mit erfindungsgemäßen Sensoren gebildeten erfindungsgemäßen Sensoranordnung für die Bestimmung einer Auflast und Lastverteilung in einer Sitzfläche eines Sitzmöbels, z.B. eine Stuhls.
Further advantages and features of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment on the basis of the attached figures. Show:
  • 1 in three views a, b and c a highly schematic cross-sectional representation of a sensor formed according to the invention in a zero position (a), a position with a moderate load / moderate load Pressure (b) and a position at high loading force / high loading pressure (c);
  • 2 a plan view of a sensor arrangement designed from sensors according to the invention in the manner according to the invention (without the controller);
  • 3rd an exploded view of the sensor assembly 2 ;
  • 4th in two views, one top view ( 4a) , and an isometric view ( 4b) a first sensor part of a sensor of the sensor arrangement;
  • 5 in three views, one top view ( 5a) , an isometric and exploding view ( 5b) and a longitudinal section ( 5c ) a second sensor part of a sensor of the sensor arrangement;
  • 6th in three views, a top view from the rear ( 6a) , a top view from the front ( 6b) and a side view ( 6c ) two printed circuit boards connected by line sections with first sensor parts of the sensor arrangement formed thereon 2 ;
  • 7th in three views, a top view from the rear ( 7a) , a top view from the front ( 7b) and a side view ( 7c ) two mat-like interconnected arrangements with second sensor parts of the sensor arrangement 2 ;
  • 8th a characteristic curve of a sensor 1 as shown in the sensor arrangement 2 can be involved; and
  • 9 in a schematic representation a further possible application of a sensor arrangement according to the invention formed with sensors according to the invention for determining a load and load distribution in a seat surface of a chair, for example a chair.

In den Figuren sind mögliche Ausführungsbeispiele, bzw. sind mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sensors bzw. einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung gezeigt. Diese stehen lediglich Beispiele für mögliche Realisierungen der Erfindung dar. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann, wie dem Fachmann deutlich werden wird, auch in abweichenden Gestaltungsformen umgesetzt werden. Gleichwohl werden anhand der Figuren und zu den dort gezeigten Ausführungsbeispielen noch einmal erfindungswesentliche Merkmale aufgezeigt und erläutert, wobei solche Merkmale auch allgemein in abgewandelten Ausgestaltungsformen umgesetzt und einbezogen werden können.In the figures, possible exemplary embodiments or possible embodiments of a sensor according to the invention or a sensor arrangement according to the invention are shown. These are only examples of possible realizations of the invention. The invention is not restricted to these exemplary embodiments, but rather, as will become clear to the person skilled in the art, can also be implemented in different forms. Nonetheless, features essential to the invention are once again shown and explained with reference to the figures and the exemplary embodiments shown there, wherein such features can also be implemented and incorporated in general in modified embodiments.

1 zeigt in drei verschiedenen Darstellungen und hoch schematisch, einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß gestalteten Sensor in einer Nullstellung, also ohne auflastenden Druck, auflastende Kraft (1a), in einer mit mäßigem Druck belasteten, mit mäßiger Kraft beaufschlagten Stellung (1b) und in einer mit hohem Druck belasteten, mit großer Kraft beaufschlagten Stellung (1c). 1 shows, in three different representations and in a highly schematic manner, a cross section through a sensor designed according to the invention in a zero position, i.e. without any pressure or force ( 1a) , in a position subject to moderate pressure and moderate force ( 1b) and in a high pressure, high force position ( 1c ).

Der erfindungsgemäß gestaltete, in 1 gezeigte Sensor 1 hat zunächst als ein erstes Sensorteil eine Leiterplatte 2, insbesondere eine flexible Leiterplatte, die mit Leiterbahnen 3 bestückt ist. Die Leiterbahnen 3 haben in einer in 1 oben gezeigten Richtung frei und offen liegende Kontaktoberflächen. Zwischen den Leiterbahnen 3 sind isolierende Vorsprünge 4 ausgebildet, die einen vertikalen Abstand zu den Leiterbahnen 3 ausbilden. Über die isolierenden Vorsprünge 4 gelegt ist ein Kontaktelement 5 in Form einer flexiblen und elastischen Folie oder Membran, die jedenfalls auf ihrer den Leiterbahnen 3 und deren exponiert liegenden Kontaktflächen zugewandten Seite elektrisch leitend gebildet ist, eine Leitfläche aufweist, z.B. durch eine dort aufgebrachte, fest anhaftende. elektrisch leitfähige Beschichtung.The inventively designed, in 1 shown sensor 1 initially has a printed circuit board as a first sensor part 2 , in particular a flexible printed circuit board made with conductive traces 3rd is equipped. The conductor tracks 3rd have in an in 1 Direction shown above free and exposed contact surfaces. Between the conductor tracks 3rd are insulating protrusions 4th formed that a vertical distance to the conductor tracks 3rd form. About the insulating protrusions 4th a contact element is placed 5 in the form of a flexible and elastic film or membrane, which in any case on their the conductor tracks 3rd and whose exposed side facing the contact surfaces is formed in an electrically conductive manner, has a guide surface, for example by a firmly adhering one applied there. electrically conductive coating.

Weiterhin ist ein Druckstück 6 zu erkennen, das sich ausgehend von einer Basis in Richtung des Kontaktelements 5 im Querschnittsdurchmesser bzw. Querschnittsumfang verringert. Das Druckstück 6 ist aus einem elastisch verformbaren, flexiblen Material, z.B. einem Elastomer, gebildet und elektrisch nichtleitend. Es steht auf ebenfalls aus einem elastischen Material, z.B. einem Elastomer, insbesondere mit dem Druckstück 6 einstückig verbundenen, bzw. einen Teil des Druckstücks 6 bildenden, flexiblen Stützen 7, die randseitig an dem Druckstück 6 angeformt sind, auf dem Kontaktelement 5 auf und hält so in einer wie in 1a gezeigten Nullstellung des Sensors einen Abstand zu dem Kontaktelement 5 ein, das seinerseits wiederum einen Abstand zu den Kontaktflächen der Leiterbahnen 3 einhält. In dieser Stellung ist der Widerstand der von zwei Polen einer Messstromquelle kontaktieren Leiterbahnen 4 maximal hoch. Das Druckstück kann als zweites Sensorteil, das Kontaktelement als drittes Sensorteil bezeichnet werden.There is also a pressure piece 6th to see that starting from a base in the direction of the contact element 5 reduced in cross-sectional diameter or cross-sectional circumference. The pressure piece 6th is made of an elastically deformable, flexible material, for example an elastomer, and is electrically non-conductive. It is also made of an elastic material, for example an elastomer, in particular with the pressure piece 6th integrally connected or part of the pressure piece 6th forming, flexible supports 7th , the edge of the pressure piece 6th are formed on the contact element 5 up and holds in a like in 1a shown zero position of the sensor a distance to the contact element 5 one, which in turn, a distance to the contact surfaces of the conductor tracks 3rd adheres to. In this position, the resistance of the conductor paths contacted by two poles of a measuring current source is 4th maximum high. The pressure piece can be referred to as the second sensor part and the contact element as the third sensor part.

Lastet nun auf dem Sensor 1, genauer auf dem Druckstück 6 eine Kraft oder ein Druck, so wird das Druckstück 6 in Richtung der Leiterbahnen 4 bewegt. Dabei verformen sich die flexiblen Stützen 7 und drückt das Druckstück 6 mit seiner dem Kontaktelement 5 zugewandten Seite gegen das Kontaktelement 5 und drückt dieses in einem zentralen Bereich gegen die Leiterbahnen 4. So entsteht zwischen den Leiterbahnen 4 ein elektrischer Kontakt, sinkt der elektrische Widerstand des Sensors 1. In der 1 b ist dies sehr schematisch dargestellt.Now weighs on the sensor 1 , more precisely on the pressure piece 6th a force or a pressure, the pressure piece becomes 6th in the direction of the conductor tracks 4th emotional. The flexible supports deform in the process 7th and presses the pressure piece 6th with its the contact element 5 facing side against the contact element 5 and presses it against the conductor tracks in a central area 4th . This is how it arises between the conductor tracks 4th an electrical contact, the electrical resistance of the sensor decreases 1 . In the 1 b this is shown very schematically.

Wird der Druck bzw. wird die Kraft erhöht, so drückt das Druckstück 6 noch weiter gegen das Kontaktelement 5, wobei es sich - wie dies auch die flexiblen Stützen 7 tun - weiter verformt und mit einer größeren Andruckfläche gegen das Kontaktelement drückt. So kontaktiert dann das Kontaktelement 5 auf einer größeren Fläche die Kontaktflächen der Leiterbahnen 4 und der elektrische Widerstand des Sensors 1 sinkt weiter ab.If the pressure or the force is increased, the pressure piece pushes 6th even further against the contact element 5 , whereby it is - like this also the flexible supports 7th do - further deformed and presses against the contact element with a larger contact surface. The contact element then makes contact 5 the contact surfaces of the conductor tracks on a larger area 4th and the electrical resistance of the sensor 1 continues to sink.

Wird der auflastende Druck nun vom Sensor 1 genommen, entfällt eine auflastende Kraft, so wird aufgrund der elastischen Eigenschaften des Druckstücks 6 und der flexiblen Stützen 7 das Druckstück 6 zurückgestellt in die in 1a gezeigte Position. Auch das flexible und elastische Kontaktelement 5 stellt sich dann zurück in die in 1a gezeigte Position. Der Sensor 1 ist dann wieder in der Nullstellung.If the loading pressure is now from the sensor 1 taken, if there is no loading force, then due to the elastic properties of the pressure piece 6th and the flexible supports 7th the pressure piece 6th put back in the in 1a position shown. Also the flexible and elastic contact element 5 then returns to the in 1a position shown. The sensor 1 is then back in the zero position.

In den Darstellungen der 1 ist insbesondere auch das Kontaktelement 5 sehr schematisch gezeigt, insbesondere in seiner Verformung. Die in den Figuren erkennbaren Absätze sind insbesondere keine Diskontinuitäten in dem Kontaktelement 5. In der Realität sind hier sanfte, kurvenförmige Übergänge vorhanden.In the representations of the 1 is in particular also the contact element 5 shown very schematically, especially in its deformation. The steps that can be seen in the figures are in particular not discontinuities in the contact element 5 . In reality, there are gentle, curved transitions here.

In 2 ist nun eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen flächigen Sensoranordnung 10 zu sehen. Sie enthält eine Mehrzahl, in diesem Ausführungsbeispiel 15, einzelner Sensoren 1, die wie vorstehend erläutert und in der 1 sehr schematisch dargestellt gebildet sind. Die Sensoren 1 sind in der Sensoranordnung 10 in nachstehend noch näher beschriebener Weise mit Versorgungs- und Signalleitungen verbunden, die zu einem Anschlussstecker 13 führen. Die Steuerung kann mit der restlichen Sensoranordnung 10 alternativ auch fest verbunden sein.In 2 is now a possible embodiment of a flat sensor arrangement according to the invention 10 to see. It contains a plurality, in this exemplary embodiment 15th , individual sensors 1 which, as explained above and in the 1 are formed very schematically shown. The sensors 1 are in the sensor array 10 connected in a manner to be described in more detail below with supply and signal lines leading to a connector 13th to lead. The controller can use the rest of the sensor arrangement 10 alternatively also be firmly connected.

An den Anschlussstecker 13 ist im Gebrauch der Sensoranordnung 10 eine Steuerung angeschlossen, die Messsignale von den Sensoren 1 empfängt und die Sensoren 1 mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt. Diese Steuerung ist Bestandteil der Sensoranordnung 10. In der Steuerung kann weiterhin eine Auswertung der Sensorsignale zur Erfassung von Daten der auf dem jeweiligen Sensor 1 lastenden Kraft bzw. des darauf ausgeübten Drucks erfolgen. Die Steuerung kann eine, insbesondere drahtlose, Schnittstelle zur Übermittlung von Daten aufweisen. Sie kann weiterhin eine Energiequelle, wie insbesondere eine Batterie oder einen Akkumulator, beinhalten für die Versorgung ihrer selbst und auch der Sensoren 1 mit der erforderlichen elektrischen Energie.To the connector 13th is in use of the sensor array 10 a controller connected, the measurement signals from the sensors 1 receives and the sensors 1 applied with a supply voltage. This control is part of the sensor arrangement 10 . An evaluation of the sensor signals for the acquisition of data on the respective sensor can also be carried out in the controller 1 on the load or the pressure exerted on it. The controller can have an, in particular wireless, interface for transmitting data. It can also contain an energy source, such as, in particular, a battery or an accumulator, for supplying itself and also the sensors 1 with the required electrical energy.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Sensoranordnung 10 gebildet, um in eine Innen- oder eine Einlegesohle für einen Schuh, z.B. für einen Laufschuh, integriert zu werden. Der Umriss der Sensoranordnung ist in diesem Ausführungsbeispiel an die Form eines linken Fußes angepasst, der z.B. die Schuhgröße 40 haben kann. Da die Sensoren 1 weitgehend frei angeordnet werden können, sind Anpassungen an verschiedene Schuhgrößen problemlos möglich. Auch können Anpassungen an für andere Anwendung der Sensoranordnung 10, z.B. für die Detektion von Drücken und/oder Kräften in einer Sitzfläche eines Sitzmöbels, vorteilhafte oder durch solche Anwendungen geforderte Formen einfach erfolgen, indem die Zahl und/oder die Anordnung der Sensoren 1 entsprechend angepasst und variiert werden.In the exemplary embodiment shown, the sensor arrangement is 10 formed in order to be integrated into an inner sole or an insole for a shoe, for example for a running shoe. In this exemplary embodiment, the outline of the sensor arrangement is adapted to the shape of a left foot, which can be size 40, for example. As the sensors 1 can be arranged largely freely, adjustments to different shoe sizes are easily possible. Adaptations can also be made to the sensor arrangement for other applications 10 , for example for the detection of pressures and / or forces in a seat surface of a chair, advantageous forms or forms required by such applications can be made simply by changing the number and / or the arrangement of the sensors 1 can be adjusted and varied accordingly.

In der gezeigten Anordnung sind bei der Sensoranordnung 10 drei Sensoren 1 in einem für die Anordnung im Bereich der Ferse vorgesehenen Abschnitt und zwölf Sensoren 1 für eine Anordnung im Bereich der Vorderseite des Schuhs, in dem der Fußballen abgestützt wird. Diese Anordnung reflektiert den Umstand, dass für eine Anwendung der Sensoranordnung 10 zur Aufnahme von dynamischen Kräften, die bei der Fortbewegung (Gehen, Laufen) entstehen, an der Ferse mit einer geringerer Auflösung gemessen werden kann, während die Abrollbewegungen der Zehen und des Vorderfußes genauer gemessen werden sollen.In the arrangement shown, the sensor arrangement 10 three sensors 1 in a section provided for the arrangement in the area of the heel and twelve sensors 1 for an arrangement in the area of the front of the shoe in which the ball of the foot is supported. This arrangement reflects the fact that for one application of the sensor arrangement 10 to absorb dynamic forces that arise during locomotion (walking, running) can be measured at the heel with a lower resolution, while the rolling movements of the toes and the forefoot should be measured more precisely.

In 3 ist in einer Explosionsdarstellung der vertikale Aufbau der Sensoranordnung 10 erkennbar. Auf je einer flexiblen Leiterplatte 14, die der Leiterplatte 2 in 1 entspricht, sind erste Sensorteile 15 gebildet. Die flexiblen Leiterplatten 14 (bzw. Abschnitte einer flexiblen Leiterplatte) sind über einen Steg 16 miteinander verbunden. Entlang dieses Steges verlaufen auch elektrische Signal- und Versorgungsleitungen, die die ersten Sensorteile 15 an den Verbindungsstecker 13 anschließen, um sie mit der Steuerung verbinden zu können. Im montierten Zustand auf den flexiblen Leiterplatten 14 liegen Matten 17 mit darin geformten zweiten Sensorteilen 18, die die Druckstücke 16 enthalten. Die Matten sind vorzugsweise mit den zweiten Sensorteilen 18 aus einem Elastomer gebildet, insbesondere aus Silikonkautschuk. Die Matten 17 liegen mit den zweiten Sensorteilen 18 passend zu den ersten Sensorteilen 15 auf den flexiblen Leiterplatten 14 ausgerichtet und sind mit den Leiterplatten 14 fest verbunden, z.B. über umlaufende Klebeschichten 19 oder auch mittels Verschweißungen. Dabei sind zwischen den ersten Sensorteilen 15 und den zweiten Sensorteilen 18 die dritten Sensorteile (hier nicht näher gezeigt) angeordnet, die die Kontaktelemente 5 ausbilden. Diese können z.B. auf einer zwischen den ersten und zweiten Sensorteilen 15, 18 angeordneten Folien oder Membranen gebildet sein, z.B. durch bereichsweise leitende Beschichtung.In 3rd is an exploded view of the vertical structure of the sensor arrangement 10 recognizable. On one flexible circuit board each 14th who have favourited the circuit board 2 in 1 are the first sensor parts 15th educated. The flexible circuit boards 14th (or sections of a flexible circuit board) are over a ridge 16 connected with each other. Electrical signal and supply lines, which are the first sensor parts, also run along this web 15th to the connector 13th in order to be able to connect it to the controller. In the assembled state on the flexible circuit boards 14th lie mats 17th with second sensor parts molded therein 18th who have favourited the thrust pads 16 contain. The mats are preferably connected to the second sensor parts 18th formed from an elastomer, in particular from silicone rubber. The mats 17th lie with the second sensor parts 18th matching the first sensor parts 15th on the flexible circuit boards 14th aligned and are with the circuit boards 14th firmly connected, for example by means of circumferential adhesive layers 19th or by means of welds. There are between the first sensor parts 15th and the second sensor parts 18th the third sensor parts (not shown here) are arranged, the contact elements 5 form. These can for example be on one between the first and second sensor parts 15th , 18th arranged foils or membranes be formed, for example by partially conductive coating.

4 zeigt isoliert ein, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der flexiblen Leiterplatte 14 integriert gebildeten, erstes Sensorteil 15. Das erste Sensorteil 15 ist in Form einer auch als Elektrode zu bezeichnenden Leiterbahnstruktur 20 gebildet, insbesondere auf der flexiblen Leiterplatte 14 aufgebracht. Diese Leiterbahnstruktur 20 besteht aus Leiterbahnen bzw. Leiterbahnabschnitten aus elektrisch gut leitfähigem Material wie z.B. Kupfer, während die flexible Leiterplatte 14 aus einem elektrisch isolierenden Material wie z.B. Polyimid besteht. Die Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur entsprechen den in 1 schematisch gezeigten Leiterbahnen 3, die Leiterplatte 14 der in 1 schematisch gezeigten Leiterplatte 2. Die Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur 20 liegen jedenfalls in einem Abschnitt (oder in Abschnitten) mit ihrem leitenden Material zu einer Kontaktoberfläche exponiert. Sowohl die Leiterplatte 14 an sich als auch die Leiterbahnen sollten für die hier gewählte Anwendung flexibel verformbar sein. Angestrebt wird insbesondere ein realisierbarer Biegeradius von bis hinunter zu 3cm. Leiterplatte 14 und auch Leiterbahnen müssen darüber hinaus mechanisch robust sein, damit sie der Belastung in der jeweiligen Anwendung gewachsen sind und ihre Funktion auch nach langem Gebrauch nicht verlieren. In der hier herausgestellten Anwendung müssen sie in der Sensoranordnung 10 in einer Innen- oder Einlegesohle eines Schuhs den Abrollbewegungen des Fußes standhalten. 4th shows an isolated, in the embodiment shown in the flexible circuit board 14th integrally formed, first sensor part 15th . The first sensor part 15th is in the form of a conductor track structure also known as an electrode 20th formed, especially on the flexible circuit board 14th upset. This conductor track structure 20th consists of conductor tracks or conductor track sections made of a material with good electrical conductivity, such as copper, while the flexible circuit board 14th consists of an electrically insulating material such as polyimide. The conductor tracks of the conductor track structure correspond to those in 1 schematically shown conductor tracks 3rd who have favourited Circuit Board 14th the in 1 circuit board shown schematically 2 . The conductor tracks of the conductor track structure 20th are in any case in a section (or sections) with their conductive material exposed to a contact surface. Both the circuit board 14th per se as well as the conductor tracks should be flexibly deformable for the application selected here. In particular, a realizable bending radius of down to 3 cm is aimed for. Circuit board 14th and conductor tracks must also be mechanically robust so that they can cope with the stress in the respective application and do not lose their function even after long use. In the application highlighted here, they must be in the sensor arrangement 10 withstand the rolling movements of the foot in an inner or insole of a shoe.

Die Leiterbahnstruktur 20 besteht aus zwei getrennten Leiterbahnen, die in einer unbelasteten Ausgangsstellung des Sensors 1 keine elektrische Verbindung haben (vergleiche auch 1a).The conductor track structure 20th consists of two separate conductor tracks that are in an unloaded starting position of the sensor 1 have no electrical connection (compare also 1a) .

Um die Leiterbahnstruktur 20 an die geometrische Form des zweiten Sensorteils 18 anzupassen (s. dazu auch 4) ist auf die Leiterbahnstruktur 14 eine Maske 25 aus einem isolierenden Material aufgebracht, z.B. aufgedruckt. Die Maske kann dabei auch die in 4 gezeigten isolierenden Vorsprünge 4 ausbilden.To the track structure 20th to the geometric shape of the second sensor part 18th to adapt (see also 4th ) is on the track structure 14th a mask 25th applied from an insulating material, for example printed on. The mask can also use the in 4th insulating projections shown 4th form.

In 5 ist der mechanische Aufbau eines zweiten Sensorteils 18 näher dargestellt (als Ausschnitt aus einer der Matten 17 der in 1 gezeigten Sensoranordnung). Dabei sind alle zweiten Sensorteile 18 einer Matte 17 insbesondere und mit Vorteil identisch aufgebaut.In 5 is the mechanical structure of a second sensor part 18th shown in more detail (as an excerpt from one of the mats 17th the in 1 sensor arrangement shown). This includes all of the second sensor parts 18th a mat 17th in particular and advantageously constructed identically.

Das zweite Sensorteil 18 hat als zentrales Element ein Druckstück 21 (entsprechend dem Druckstück 6 aus 1), das ausgehend von einer Basis, mit der es an der Matte 17 angeformt ist, sich in einer im zusammengefügten Zustand des Sensors 1 zu dem ersten Sensorteil 15 weisenden Richtung im Querschnitt verkleinert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Druckstück 21 in einem senkrecht zu der Basis, mithin zu einer Ebene der Matte 17, geführten Schnitt in einem weitgehenden Abschnitt konisch geformt, weist eine abgeflacht, etwa sphärisch gebildete Spitze auf.The second sensor part 18th has a pressure piece as a central element 21 (according to the pressure piece 6th out 1 ) starting from a base with which it is attached to the mat 17th is formed, in an assembled state of the sensor 1 to the first sensor part 15th pointing direction reduced in cross-section. In the embodiment shown, the pressure piece is 21 in a perpendicular to the base, hence to a plane of the mat 17th , guided cut conically shaped in a large section, has a flattened, approximately spherical tip.

Das Druckstück 21 besteht, wie die Matte 17, aus einem weichen Elastomer wie z.B. Silikonkautschuk, das sich einerseits leicht verformen lässt, sich aber bei Abwesenheit von Kräften gleich wieder in die Ursprungsform zurückbewegt. Mit einer Wirfkläche ist das Druckstück 21 im Betrieb einem zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorteil 15, 18 als drittes Sensorteil angeordnetem Kontaktelement zugewandt, das eine in Richtung der Leiterbahnstrukturen 20 exponierte elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist. Das Kontaktelement ist ebenfalls elastisch verformbar.The pressure piece 21 exists as the mat 17th , made of a soft elastomer such as silicone rubber, which on the one hand can be easily deformed, but returns to its original shape in the absence of forces. The pressure piece is with a throwing surface 21 in operation one between the first and the second sensor part 15th , 18th facing the contact element arranged as a third sensor part, the one in the direction of the conductor track structures 20th Has exposed electrically conductive surface. The contact element is also elastically deformable.

Das Druckstück 21 umgebend sind aus dem gleichen Material flexible und elastische Stützen 23 geformt, die den Stützen 7 gemäß 1 entsprechen. Diese flexiblen Stützen 23 sind ringabschnittförmig um das Druckstück 21 herum gelegt und haben in etwa die Querschnittsform eines gleichschenkeligen Dreiecks.The pressure piece 21 surrounding it are flexible and elastic supports made of the same material 23 shaped that the supports 7th according to 1 correspond. These flexible supports 23 are ring-shaped around the pressure piece 21 and have roughly the cross-sectional shape of an isosceles triangle.

Im montierten Zustand des Sensors 1 ist das zweite Sensorteil 18 so auf das erste Sensorteil 15 aufgesetzt, das das Druckstück 21 der Leiterbahnstruktur 20 unter Zwischenlage des Kontaktelements (vergleiche 5 in 1) gegenüberliegt, wobei ein zentraler Abschnitt des Druckstücks 21 zu einem Zentrum der Leiterbahnstruktur 20 weist.When the sensor is installed 1 is the second sensor part 18th so on the first sensor part 15th put on that the pressure piece 21 the conductor track structure 20th with the interposition of the contact element (compare 5 in 1 ) opposite, with a central section of the pressure piece 21 to a center of the conductor track structure 20th shows.

Die Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur 20 sind so ausgebildet, dass eine geringe Auflagefläche des von dem Druckstück 21 wie vorstehend beschreiben gegen die Leiterbahnen 20 gedrückten Kontaktelements zu einem hohen elektrischen Widerstand zwischen zwei Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur 20 führt, während eine große Auflagefläche des Druckstücks 21 auf dem Kontaktelement und damit des Kontaktelements mit seiner elektrisch leitenden Oberfläche auf den Leiterbahnen 20, wie sie sich durch eine aufgrund einer auflastenden Kraft bzw. eines auflastenden Drucks erhaltenen Verformung des Druckstücks 21 ergibt (vergleiche auch 1 c), zu einem geringeren Widerstand führt. Dazu kann z.B. eine wie im Ausführungsbeispiel verwendete mäanderförmige Struktur der Leiterbahnstruktur 20 geeignet sein. Anstelle einer solchen mäanderförmigen Struktur sind aber auch andere Anordnungen möglich. Entscheidend ist nur, dass eine Deformation des Druckstücks 21 und eine daraus resultierende flächengrößere Anlage des Kontaktelements zu einer korrelierten Widerstandsänderung führt.The conductor tracks of the conductor track structure 20th are designed so that a small contact surface of the pressure piece 21 as described above against the conductor tracks 20th pressed contact element to a high electrical resistance between two conductor tracks of the conductor track structure 20th leads, while a large contact surface of the pressure piece 21 on the contact element and thus the contact element with its electrically conductive surface on the conductor tracks 20th as it is caused by a deformation of the pressure piece obtained due to a load-bearing force or a load-bearing pressure 21 results (compare also 1 c) , leads to less resistance. For this purpose, for example, a meander-shaped structure of the conductor track structure as used in the exemplary embodiment 20th be suitable. Instead of such a meandering structure, however, other arrangements are also possible. The only decisive factor is that there is a deformation of the pressure piece 21 and a resulting contact element with a larger surface area leads to a correlated change in resistance.

Wenn das Druckstück 21, wie in einem unbelasteten Zustand des Sensors 1 das Kontaktelement gar nicht und das Kontaktelement die Leiterbahnstruktur 20 entsprechend auch nicht berührt (vergleiche 1a), ist der Kontakt offen, der Widerstand also theoretisch unendlich. Bei einer leichten Berührung kann der Widerstand z.B. bei 1 kΩ liegen, bei einer mittleren Berührung z.B. bei 100 Ω und bei einer maximalen Auflagefläche des von dem Druckstück 21 auf die Leiterbahnen gepressten Kontaktelements z.B. bei 10 Ω. Der variable elektrische Widerstand rührt daher, dass bei einer zunehmenden Auflagefläche des Druckstücks 21 auf dem Kontaktelement und somit des Kontaktelements auf der Leiterbahnstruktur 20 größere Teile des elektrisch leitfähigen Kontaktelements von der Leiterbahnstruktur 20 kontaktiert werden.When the pressure piece 21 as in an unloaded state of the sensor 1 the contact element not at all and the contact element the conductor track structure 20th accordingly not touched either (compare 1a) , the contact is open, the resistance so theoretically infinite. With a light touch, the resistance can be, for example, 1 kΩ, with a medium touch, for example, 100 Ω and with a maximum contact surface of the pressure piece 21 Contact element pressed onto the conductor tracks, for example at 10 Ω. The variable electrical resistance is due to the fact that with an increasing contact surface of the pressure piece 21 on the contact element and thus the contact element on the conductor track structure 20th larger parts of the electrically conductive contact element from the conductor track structure 20th to be contacted.

Die flexiblen Stützen 23 liegen in einem zusammengesetzten Zustand des Sensors 1 auf der Leiterplatte 14 bzw. auf dem Kontaktelement 5 (vergleiche 1) auf und verhindern, dass das Druckstück 21 das Kontaktelement permanent auf die Leiterbahnstruktur 20 niederdrückt. Bei geringen quer zu der Ebene der Leiterplatte 14 bzw. der Matte 17 wirkenden Kräften liegen also nur die flexiblen Stützen 23 auf, während das Druckstück 21 und somit auch das Kontaktelement bei größeren Kräften zunehmend auf der auf der flexiblen Leiterplatte 14 ausgebildeten Leiterbahnstruktur 20 aufliegen, dabei immer weiter verformen. Das Druckstück 21 wird sozusagen immer weiter plattgedrückt, und presst dabei das Kontaktelement über eine immer größere Fläche an die Leiterbahnstruktur 20, was wie oben erwähnt einen immer geringer werdenden elektrischen Widerstand bedingt. Aussparungen 24 zwischen den als Ringsegmente gebildeten Stützen 23 dienen als Luftkanäle, um Luftblasen beim Zusammendrücken zu verhindern.The flexible supports 23 lie in an assembled state of the sensor 1 on the circuit board 14th or on the contact element 5 (compare 1 ) and prevent the pressure piece 21 the contact element permanently on the conductor track structure 20th depresses. At low transverse to the plane of the circuit board 14th or the mat 17th acting forces are only the flexible supports 23 on while the pressure piece 21 and thus also the contact element with greater forces increasingly on the flexible circuit board 14th trained conductor track structure 20th rest on, deforming it further and further. The pressure piece 21 is, so to speak, pressed more and more flat, and presses the contact element against the conductor track structure over an ever larger area 20th which, as mentioned above, causes an ever decreasing electrical resistance. Recesses 24 between the supports formed as ring segments 23 serve as air channels to prevent air bubbles when squeezed.

Wie erwähnt sind die Matten 17 an ihrem Rand z.B. mittels eines Klebstoffs, einer Verschweißung oder eines Klebebands mit der jeweiligen flexiblen Leiterplatte 14 verbunden. Auf ähnliche Weise ist auch das Kontaktelement mit der Leiterbahn 14 verbunden. Durch mechanischen Druck von oben können die Druckstücke 21 einzeln oder gemeinsam, unabhängig voneinander quer zu der Ebene der Matte 17 in Richtung der flexiblen Leiterplatte 14 gedrückt werden und das jeweilige Kontaktelement auf die Leiterplatte und die dortigen Leiterbahnen pressen.As mentioned are the mats 17th at its edge, for example by means of an adhesive, welding or adhesive tape to the respective flexible circuit board 14th connected. The contact element with the conductor track is also similar 14th connected. By mechanical pressure from above, the pressure pieces 21 individually or together, independently of one another, across the plane of the mat 17th towards the flexible circuit board 14th are pressed and press the respective contact element onto the circuit board and the conductor tracks there.

In einer Anwendung für die Bildung einer mit der Sensoranordnung 10 versehenen Innen- oder Einlegesohle eines Schuhs sollten die Druckstücke 21 in Bezug auf die Härte des Materials und die Form so dimensioniert und ausgelegt sein, dass ein leichter vertikaler Andruck (Andruckkraft < 10 N) nur zu einer minimalen Verformung führt, während die maximale Verformung (je nach Körpergewicht und Bewegungsbelastung bis zu ca. 500 N) pro Flächeneinheit zu einer fast vollständigen Auflage des Druckstücks 21 auf der flexiblen Leiterplatte 14, bzw. der Leiterbahnstruktur 10, und dem zwischen Druckstück 21 und Leiterplatte 14 angeordneten Kontaktelement führen sollte. Dies deshalb, weil bei einer vollständigen Auflage keine zusätzlichen Kräfte mehr gemessen werden können. Die Form des Druckstücks 21 und die Härte seines Materials, insbesondere des verwendeten Elastomers, bestimmen also den Messbereich.In one application for forming one with the sensor array 10 provided insole or insole of a shoe should be the pressure pieces 21 With regard to the hardness of the material and the shape, be dimensioned and designed so that a slight vertical pressure (pressure force <10 N) only leads to a minimum deformation, while the maximum deformation (depending on body weight and movement load up to approx. 500 N ) per unit area to an almost complete support of the pressure piece 21 on the flexible circuit board 14th , or the conductor track structure 10 , and the one between the pressure piece 21 and circuit board 14th arranged contact element should lead. This is because no additional forces can be measured with a complete support. The shape of the pressure piece 21 and the hardness of its material, especially the elastomer used, determine the measuring range.

Je nach Anwendung kann die Sensoranordnung 10 mit ihren darin integrierten Sensoren 10 also für leichtere oder schwerere Belastungen ausgelegt werden. Bei einer Anwendung in einer Innen- oder Einlegesohle eines Schuhs ist allerdings die Belastung pro Flächeneinheit bei schwereren und leichteren Menschen ungefähr gleich, weil größere Menschen in der Regel auch größere Füße haben. Deshalb kann die gleiche Konstruktion der Druckstücke 21 für sehr unterschiedliche Schuhgrößen geeignet sein.Depending on the application, the sensor arrangement 10 with their integrated sensors 10 thus designed for lighter or heavier loads. When used in an inner or insole of a shoe, however, the load per unit area is approximately the same for heavier and lighter people, because taller people usually also have larger feet. Therefore, the same construction of the pressure pieces 21 be suitable for very different shoe sizes.

In 6 ist die gesamte flexible Leiterplatte 14 zu sehen mit den auf einem isolierenden Trägermaterial ausgebildeten ersten Sensorteilen 15 in Form der Leiterbahnstrukturen 20. In der Leiterplatte 14 sind Leiterbahnen ausgebildet, die die Leiterbahnstrukturen 20 mit dem Anschlussstecker 13 verbinden. Diese die Leiterbahnstrukturen 20 mit dem Anschlussstecker 13 verbindenden Leiterbahnen sind hier nicht abgebildet. Der Verlauf und die Anordnung dieser Leiterbahnen entsprechen der bei flexiblen Leiterbahnen üblichen Technik. Jedem Druckstück 21 ist genau ein Kontaktelement (s. 5 in 1) und genau eine Leiterbahnstruktur 20 zugeordnet. Diese drei Bestandteile bilden zusammen jeweils einen Sensor 1.In 6th is the entire flexible circuit board 14th to be seen with the first sensor parts formed on an insulating carrier material 15th in the form of the conductor track structures 20th . In the circuit board 14th Conductor tracks are formed that form the conductor track structures 20th with the connector 13th connect. This the conductor track structures 20th with the connector 13th connecting traces are not shown here. The course and the arrangement of these conductor tracks correspond to the technology customary for flexible conductor tracks. Every pressure piece 21 is exactly one contact element (see 5 in 1 ) and exactly one track structure 20th assigned. Together, these three components each form a sensor 1 .

Im Ausführungsbeispiel ist jedem Sensor 1 außerdem genau ein Kanal eines Analog/Digital-Wandlers der Steuerung zugeordnet. Eine Matrixanordnung zur Messung ist ebenfalls denkbar und würde die Anzahl der Leiterbahnen und der vorzusehenden Kanäle im Analog/Digital-Wandler reduzieren, allerdings erhöht eine solche Anordnung die Gefahr von Störungen durch wechselseitige Beeinflussung von Sensoren 1.In the exemplary embodiment, each sensor 1 in addition, exactly one channel of an analog / digital converter is assigned to the controller. A matrix arrangement for measurement is also conceivable and would reduce the number of conductor tracks and the channels to be provided in the analog / digital converter, but such an arrangement increases the risk of interference from mutual influencing of sensors 1 .

7 zeigt die Matten 17 mit einer darauf ausgeformten Gruppe von jeweils ein Druckstück 21 aufweisenden zweiten Sensorteilen 18. Die Matten 17 sind hier in einer an den Fuß angepassten Form angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind die zweiten Sensorteile 18 mit den Druckstücken 21 in einem regelmäßigen Raster angeordnet. Das ist aber nicht unbedingt nötig, sie können frei arrangiert werden. Die Sensorteile 18 und ihre Druckstücke 21 können auch größer oder kleiner ausgebildet sein als in dem Ausführungsbeispiel. Bei größeren Druckstücken 21 wäre die Positionsinformation der Messungen jedoch ungenauer. Bei sehr kleinen Druckstücken 21 (<6mm) bestünde die Gefahr, dass bei größeren Kräften schneller eine Sättigung erreicht wird, d.h. der Kraftmessbereich wäre eingeschränkt, dafür wäre die Positionsauflösung höher. 7th shows the mats 17th with a group of one pressure piece each formed on it 21 having second sensor parts 18th . The mats 17th are arranged here in a shape adapted to the foot. In the exemplary embodiment, the second sensor parts are 18th with the pressure pieces 21 arranged in a regular grid. But this is not absolutely necessary, they can be arranged freely. The sensor parts 18th and their pressure pieces 21 can also be made larger or smaller than in the exemplary embodiment. For larger pressure pieces 21 however, the position information of the measurements would be less precise. For very small print pieces 21 (<6mm) there would be the risk that saturation would be reached more quickly with larger forces, ie the force measuring range would be limited, but the position resolution would be higher.

In 8 ist eine Kennlinie eines Sensors 1 abgebildet. Solange das Kontaktelement die Leiterbahnstruktur 20 nicht berührt, ist der Kontakt offen und der Widerstand extrem hoch (im Megaohm-Bereich). Wie an dieser Kennlinie zu erkennen ist, sinkt der Widerstand hier bei einer Belastung von rund 5N auf rund 1 kΩ, sinkt dann bei einer Belastung von 10N auf unter 250 Ω und nähert sich dann bei der Sättigung des Sensors 1 mit rund 80N einem Widerstand von weniger als 10 Ω.In 8th is a characteristic curve of a sensor 1 pictured. As long as the contact element has the conductor track structure 20th not touched, the contact is open and the resistance is extremely high (in the megohm range). As can be seen from this characteristic curve, the resistance drops here with a load of around 5N to around 1 kΩ, then drops with a load of 10N to below 250 Ω and then approaches when the sensor is saturated 1 with around 80N a resistance of less than 10 Ω.

Diese Kennlinie steht in direktem Verhältnis zur mechanischen Konstruktion des das Kontaktelement nieder und auf die Leiterbahnstruktur 20 drückenden Druckstücks 21. Je nach Form und Material des Druckstücks 21 ändert sich auch die Kennlinie, so würde etwa ein flacher geformtes Druckstück 21 schneller zu einer Sättigung führen (der Messbereich wäre kleiner, der Sensor 1 sensibler), während ein aus härterem Material aufgebautes Druckstück 21 auch höhere Kräfte registrieren kann.This characteristic curve is in direct proportion to the mechanical construction of the contact element and the conductor track structure 20th pressing pressure piece 21 . Depending on the shape and material of the pressure piece 21 if the characteristic curve also changes, a flatter shaped pressure piece would be created 21 lead to saturation more quickly (the measuring range would be smaller, the sensor 1 more sensitive), while a pressure piece made of harder material 21 can also register higher forces.

Die halblineare Kennlinie in 8 im Ausführungsbeispiel ist absichtlich so gewählt, denn sie ermöglicht eine präzise Messung bei geringeren Kräften von weniger als 10N, kann aber trotzdem noch Kräfte von mehr als 50N unterscheiden.The semi-linear characteristic in 8th In the exemplary embodiment, it is deliberately chosen because it enables precise measurement with lower forces of less than 10N, but can still differentiate between forces of more than 50N.

Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, z.B. eine wie in den Figuren gezeigte und vorstehend beschriebene Sensoranordnung 10, hat gegenüber den bekannten Lösungen folgende Vorteile:

  • Sohlensensoren auf kapazitiver Basis liefern nur schwache elektrische Signale mit hohem Rauschanteil, die leicht durch Feuchtigkeit in der Messumgebung, z.B. in einem Schuh, oder durch andere Störeinflüsse, wie z.B. bei einer Integration in einer Sohle durch Fußbewegungen, gestört werden können. Im Unterschied dazu liefert die erfindungsgemäße Lösung bei einer Beschaltung der resistiven Sensoren, z.B. der Sensoren 1, mit einem üblichen Spannungsteiler vergleichsweise starke Signale im 100mV-Bereich. Dadurch ist es nicht erforderlich, die Zuleitungen abzuschirmen.
A sensor arrangement according to the invention, for example a sensor arrangement as shown in the figures and described above 10 , has the following advantages over the known solutions:
  • Sole sensors on a capacitive basis deliver only weak electrical signals with a high level of noise, which can easily be disturbed by moisture in the measuring environment, e.g. in a shoe, or by other interfering influences, e.g. when integrated in a sole by foot movements. In contrast to this, the solution according to the invention delivers when the resistive sensors, for example the sensors, are connected 1 , with a common voltage divider, comparatively strong signals in the 100mV range. This means that it is not necessary to shield the supply lines.

Übliche Sensoranordnungen Basis von Folien mit sog. Force Sensing Resistors liefern bei einer Anwendung als Sohlensensoren Signale mit Zitter-Störungen im Frequenzbereich von über 20 Hz, die extra herausgefiltert werden müssen. Die Ursache liegt in den starken Vibrationen beim Laufen, die zu wechselhaften Kontakten der Folie führen. Insbesondere während des Laufens mit einem Sportschuh wird die eingelegte Sensorfolie entsprechend der Fußbewegungen erheblich gekrümmt und verformt. Der Auslöseweg eines Kraftsensors auf Basis eines Force Sensing Resistors beträgt rund 0,01 bis 0,05 mm, d.h. 10-50µm. Entsprechend führt eine Vibration oder ein Stoß mit einer auf den Sensor wirkenden Bewegung von 0,01 bis 0,05mm zu einem Vollausschlag der Sensorik. Der kurze Auslöseweg des Sensors nach Art des vorbekannten Force Sensing Resistors bewirkt eine hohe Resonanzfrequenz von deutlich über 100 Hz, wodurch das Signal/Rauschverhältnis der Messungen verschlechtert wird.Usual sensor arrangements based on foils with so-called force sensing resistors, when used as sole sensors, supply signals with tremors in the frequency range of over 20 Hz, which must be filtered out separately. The cause lies in the strong vibrations when running, which lead to changeable contacts of the film. In particular, when running with a sports shoe, the inserted sensor film is considerably curved and deformed in accordance with the movements of the foot. The release path of a force sensor based on a force sensing resistor is around 0.01 to 0.05 mm, i.e. 10-50 µm. Correspondingly, a vibration or a shock with a movement of 0.01 to 0.05mm acting on the sensor leads to a full deflection of the sensor system. The short triggering path of the sensor in the manner of the previously known force sensing resistor causes a high resonance frequency of well over 100 Hz, which worsens the signal / noise ratio of the measurements.

Im Gegensatz dazu liegt der Federweg, also Auslöseweg bei der erfindungsgemäßen Lösung im Bereich von 0,5mm, das ist 10 bis 50 Mal so viel wie bei den bisher üblichen Sensoren nach Art eines Force Sensing Resistors. Entsprechend führt eine Verformung mit einer auf den erfindungsgemäßen Sensor wirkenden Bewegung von 0,01 bis 0,05 mm nur zu einem Ausschlag von 2-10%, bringt die Messung also nicht durcheinander. Die Resonanzfrequenz liegt deutlich unter 100 Hz und damit außerhalb der für die Messung wichtigen Frequenzbereiche.In contrast to this, the spring travel, that is to say the release travel in the solution according to the invention, is in the range of 0.5 mm, which is 10 to 50 times as much as with the previously customary sensors in the manner of a force sensing resistor. Correspondingly, a deformation with a movement of 0.01 to 0.05 mm acting on the sensor according to the invention only leads to a deflection of 2-10%, so it does not confuse the measurement. The resonance frequency is well below 100 Hz and therefore outside of the frequency ranges that are important for the measurement.

Die erfindungsgemäße Konstruktion der Sensoren stellt sicher, dass sich jedes elektrisch messbare Signal direkt proportional zur Verformung des Druckstücks 21 und von diesem getrieben des Kontaktelements verhält. Entsprechend ist die Präzision des Systems, eine konstant leitfähige Kontaktoberfläche des Kontaktelements und eine konstante Leiterbahnstruktur, z.B. die Leiterbahnstruktur 14, vorausgesetzt, genau so reproduzierbar wie die Mechanik des Druckstücks 21 und des. des Kontaktelements. Durch die Anordnung eines flächigen Kontaktelements, das mithilfe des sich verjüngenden Druckstücks 21 gegen die Leiterbahnstrukturen 20 gedrückt wird, wird eine hohe Reproduzierbarkeit der einzelnen Sensoren 1 und auch von Sensoren 1 untereinander erhalten, da die elektrische Leitfähigkeit des flächigen Kontaktelements, z.B. einer Folie oder Membran, sehr präzise und reproduzierbar eingestellt werden kann.The construction of the sensors according to the invention ensures that each electrically measurable signal is directly proportional to the deformation of the pressure piece 21 and driven by this, the contact element behaves. The precision of the system, a constant conductive contact surface of the contact element and a constant conductor track structure, for example the conductor track structure, are correspondingly 14th , provided that it is just as reproducible as the mechanics of the pressure piece 21 and des. of the contact element. By arranging a flat contact element, which with the help of the tapered pressure piece 21 against the conductor track structures 20th is pressed, a high reproducibility of the individual sensors is achieved 1 and also from sensors 1 get with each other, since the electrical conductivity of the flat contact element, for example a film or membrane, can be adjusted very precisely and reproducibly.

Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion sichergestellt, dass sich die gemessenen elektrischen Widerstände immer relativ zum Gesamtwiderstand des Kontaktelements verhalten. Ohne Berührung zwischen Kontaktelement und Leiterbahnstruktur kann in einer wie im Ausführungsbeispiel beschriebenen oder einer vergleichbaren Umsetzung mit im Normalzustand getrennten Leiterbahnen in der Leiterbahnstruktur keine elektrische Verbindung an der Leiterbahnstruktur entstehen. Bei maximaler Anlage des Druckstücks und dadurch erhaltenem maximalen Kontakt der Leitfläche des Kontaktelements, also maximaler Auslösung eines Sensors, z.B. eines Sensors 1, ist der elektrische Widerstand dieses Sensors immer der gleiche Wert, der der durch den Widerstand der leitfähigen Leitfläche des Kontaktelements entspricht.In addition, the construction according to the invention ensures that the measured electrical resistances are always related to the total resistance of the contact element. Without contact between the contact element and the conductor track structure, in an implementation as described in the exemplary embodiment or a comparable implementation with conductor tracks separated in the normal state in the conductor track structure, no electrical connection can be made to the conductor track structure. With maximum contact of the pressure piece and thereby obtained maximum contact of the guide surface of the contact element, that is, maximum triggering of a sensor, for example a sensor 1 , the electrical resistance of this sensor is always the same value that corresponds to the resistance of the conductive surface of the contact element.

In 9 ist schließlich eine andere Anwendungsmöglichkeit einer aus erfindungsgemäßen Sensoren 1 gebildeten Sensoranordnung 29 skizziert. In der dort gezeigten Anwendungsform kann mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 29 die von einer sitzenden Person auf eine Sitzfläche 26 eines Sitzmöbels, z.B. eines Stuhls, wie etwa eines Bürostuhls, ausgeübte Auflast und die Verteilung dieser Auflast bestimmt werden. Hierzu ist in der Sitzfläche 26 zwischen eine einen festen Untergrund bildende und damit ein stabiles Widerlager ergebende Basis 27 und einem auf diese Basis 27 aufgebrachtes Sitzpolster 28 die im Wesentlichen flächig gebildete Sensoranordnung 29 angeordnet. Diese Sensoranordnung 29 enthält eine Vielzahl von erfindungsgemäß gestalteten Sensoren 1, die hier matrixartig angeordnet sind. Die Sensoren 1 sind in der Sensoranordnung 29 verschaltet und mit einer Auswertelektronik verbunden.In 9 is finally another possible application of one of the sensors according to the invention 1 formed sensor arrangement 29 outlined. In the application form shown there, with a sensor arrangement according to the invention 29 that of a seated person on a seat 26th a chair, for example a chair, such as an office chair, the load exerted and the distribution of this load can be determined. This is done in the seat 26th between a base that forms a solid base and thus results in a stable abutment 27 and one on this basis 27 applied seat pad 28 the essentially flat sensor arrangement 29 arranged. This sensor arrangement 29 contains a large number of sensors designed according to the invention 1 , which are arranged here like a matrix. The sensors 1 are in the sensor array 29 interconnected and connected to evaluation electronics.

Mit dieser in der Sitzfläche 26 eines Sitzmöbels angeordneten Sensoranordnung 29 kann auf Basis einer mit der Sensoranordnung 29 durchführbaren orts- und zeitaufgelösten Messung der auflastenden Kräfte bzw. Drücke auf die von der auf dem Sitzmöbel sitzenden Person eingenommene Sitzhaltung und auf Veränderungen derselben geschlossen werden. Es kann zudem - einfach aufgrund einer Bestimmung der Dauer des Auflastens von Druck (Kraft) auch auf eine Zeit geschlossen werden, die ein Nutzer in sitzender Haltung auf dem Sitzmöbel verbringt. /So kann z.B. der Person ein Signal übermittelt werden, dass sie eine maximal empfehlenswerte Verweildauer in sitzender Haltung erreicht oder überschritten hat. Wenn aus der Dynamik und/oder der spezifischen Druck- und Kraftverteilung auf eine schlechte Sitzhaltung geschlossen wird, so kann die Person über eine entsprechende Software und Ausgabe z.B. aufgefordert werden, die Sitzhaltung zu verändern (zu verbessern).With this in the seat 26th a seating furniture arranged sensor arrangement 29 can be based on one with the sensor array 29 feasible spatially and time-resolved measurement of the loading forces or pressures on the sitting posture assumed by the person sitting on the seating furniture and on changes in the same. It is also possible, simply by determining the duration of the application of pressure (force), to infer a time that a user spends in a sitting position on the seating furniture. / For example, a signal can be sent to the person that they have reached or exceeded a recommended maximum length of stay in a sitting position. If the dynamics and / or the specific pressure and force distribution indicate a poor sitting posture, the person can be requested, for example, to change (improve) the sitting posture via appropriate software and output.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Sensorsensor
22
LeiterplatteCircuit board
33
LeiterbahnTrack
44th
isolierender Vorsprunginsulating protrusion
55
KontaktelementContact element
66th
DruckstückPressure piece
77th
flexible Stützeflexible support
1010
SensoranordnungSensor arrangement
1313th
AnschlusssteckerConnector
1414th
flexible Leiterplatteflexible circuit board
1515th
erstes Sensorteilfirst sensor part
1616
Stegweb
1717th
flexible Matteflexible mat
1818th
zweites Sensorteilsecond sensor part
1919th
KlebeschichtAdhesive layer
2020th
LeiterbahnstrukturTrack structure
2121st
DruckstückPressure piece
2222nd
elektrisch leitfähige Beschichtungelectrically conductive coating
2323
flexible Stützeflexible support
2424
AussparungRecess
2525th
Maskemask
2626th
SitzflächeSeat
2727
BasisBase
2828
PolsterauflagePadding
2929
SensoranordnungSensor arrangement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Sensor (1) für die qualitative und/oder quantitative Erfassung von auf dem Sensor (1) lastenden Kräften und/oder Drücken mit • einer mit Kontaktoberflächen jedenfalls teilweise exponiert liegenden, mit zwei elektrischen Polen einer Messstromquelle verbindbaren, einen elektrischen Widerstand aufweisenden Leiterbahnstruktur (3; 20), • einem in einer Nullstellung des Sensors (1) zu den Kontaktoberflächen beabstandeten, eine den Kontaktflächen zugewandte, elektrisch leitend ausgebildete Leitfläche aufweisenden, flexibel verformbaren, flächigen Kontaktelement (5), und • einem aus einem flexibel verformbaren Material gebildeten, auf einer der Leiterbahnstruktur (3; 20) gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements (5) angeordneten Druckstück (6; 21), welches eine Andruckfläche aufweist, mit der es den Kontaktoberflächen der Leiterbahnstruktur (3; 20) gegenüberliegt und die sich in einem Querschnittsumfang ausgehend von einer Basis in Richtung des Kontaktelements (5) gesehen verjüngt, wobei das Druckstück (6; 21) angeordnet und eingerichtet ist, bei auf dem Sensor (1) einwirkender Kraft oder auf dem Sensor (1) lastendem Druck in Richtung des Kontaktelements (5) verlagert zu werden, und das Kontaktelement (5) in Richtung der Kontaktoberflächen der Leiterbahnstruktur (3; 20) zu drücken.Sensor (1) for the qualitative and / or quantitative detection of forces and / or pressures on the sensor (1) • a conductor track structure (3; 20) which has an electrical resistance and is located at least partially exposed with contact surfaces and can be connected to two electrical poles of a measuring current source, • a flexible, deformable, flat contact element (5) which is spaced apart from the contact surfaces in a zero position of the sensor (1) and has an electrically conductive conductive surface facing the contact surfaces, and • a pressure piece (6; 21) formed from a flexibly deformable material and arranged on a side of the contact element (5) opposite the conductor track structure (3; 20), which has a pressure surface with which it touches the contact surfaces of the conductor track structure (3; 20) opposite and which tapers in a cross-sectional circumference starting from a base in the direction of the contact element (5), the pressure piece (6; 21) being arranged and set up when a force acting on the sensor (1) or on the sensor (1) burdening pressure to be shifted in the direction of the contact element (5), and to press the contact element (5) in the direction of the contact surfaces of the conductor track structure (3; 20). Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (6; 21) aus einem Elastomermaterial gebildet ist.Sensor (1) Claim 1 , characterized in that the pressure piece (6; 21) is formed from an elastomer material. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (5) auf seiner den Kontaktflächen der Leiterbahnanordnung (3; 20) zugewandten Leitfläche mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist.Sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact element (5) is provided with an electrically conductive coating on its guide surface facing the contact surfaces of the conductor track arrangement (3; 20). Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (5) aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist.Sensor (1) after one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the contact element (5) is formed from an electrically conductive material. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckfläche des Druckstücks (6; 21) sich ausgehend von der Basis in Richtung des Kontaktelements (5) jedenfalls in einem Abschnitt konisch verjüngt.Sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure surface of the pressure piece (6; 21) tapers conically starting from the base in the direction of the contact element (5) at least in one section. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (6; 21) in einem nicht mit einer Kraft bzw. mit einem Druck beaufschlagten Zustand des Sensors (1) das Kontaktelement (5) nicht berührt.Sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure piece (6; 21) does not touch the contact element (5) when the sensor (1) is not subjected to a force or a pressure. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einen elektrischen Widerstand aufweisenden Leiterbahnstruktur (3; 20) durch gegeneinander isolierte Leiterbahnen oder Leiterbahnabschnitte gebildet ist, von denen eine erste Leiterbahn oder ein erster Leiterbahnabschnitt mit einem ersten Pol einer Messstromquelle verbindbar und eine zweite Leiterbahn oder ein zweiter Leiterbahnabschnitt mit einem zweiten, von dem ersten Pol verschiedenen Pol der Messstromquelle verbindbar ist.Sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor track structure (3; 20) having an electrical resistance is formed by conductor tracks or conductor track sections isolated from one another, of which a first conductor track or a first conductor track section can be connected to a first pole of a measuring current source and a second conductor track or a second conductor track section can be connected to a second pole of the measurement current source that is different from the first pole. Sensor (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei ineinander verschachtelte, gegeneinander elektrisch isolierte Fingerstrukturen als erste und als zweite Leiterbahn.Sensor (1) Claim 7 , characterized by two nested, mutually electrically isolated finger structures as a first and a second conductor track. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet, durch eine auf die exponierte Oberfläche der Leiterbahnen oder Leiterbahnabschnitte aufgebrachte Maske aus einem isolierenden Material, wobei die Maske eine Formanpassung einer Geometrie der exponiert liegenden Oberfläche der Leiterbahnen oder Leiterbahnabschnitte an eine Querschnittsgeometrie des Druckstücks (6; 21) bewirkt.Sensor (1) after one of the Claims 7 or 8th , characterized by a mask made of an insulating material applied to the exposed surface of the conductor tracks or conductor track sections, the mask causing a shape adaptation of a geometry of the exposed surface of the conductor tracks or conductor track sections to a cross-sectional geometry of the pressure piece (6; 21). Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elastische Folie oder Membran als Kontaktelement (5).Sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized by an elastic film or membrane as the contact element (5). Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (5) an Abstandshaltern (4) festgelegt ist, die es in der Nullstellung zu den Kontaktoberflächen der Leitbahnstruktur (3; 20) auf Abstand halten.Sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact element (5) is fixed to spacers (4) which keep it at a distance from the contact surfaces of the interconnect structure (3; 20) in the zero position. Flächige Sensoranordnung (10) für die zeitlich und/oder räumlich aufgelöste Kraft- oder Druckmessung mit einer über eine Erfassungsfläche verteilten Anordnung einzelner Sensoren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Steuerung, mit der die Sensoren (1) verschaltet sind.Flat sensor arrangement (10) for temporally and / or spatially resolved force or pressure measurement with an arrangement of individual sensors (1) according to one of the preceding claims distributed over a detection area and with a controller to which the sensors (1) are connected. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstücke (6; 21) mehrerer Sensoren (1) der Sensoranordnung (10) untereinander in einer Druckstückauflage (17) verbunden sind.Sensor arrangement (10) according to Claim 12 , characterized in that the pressure pieces (6; 21) of several sensors (1) of the sensor arrangement (10) are connected to one another in a pressure piece support (17). Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstrukturen (3; 20) auf eine gemeinsamen Leiterplatte (14), insbesondere einer flexiblen Leiterplatte (14), angeordnet sind.Sensor arrangement (10) according to one of the Claims 12 or 13th , characterized in that the conductor track structures (3; 20) are arranged on a common circuit board (14), in particular a flexible circuit board (14). Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung eingerichtet ist, Sensorsignale der einzelnen Sensoren (1) in einer vorgegebenen zeitlichen Taktung wiederholt zu erfassen und einer Auswertung zuzuführen.Sensor arrangement (10) according to one of the Claims 12 to 14th , characterized in that the controller is set up to send sensor signals from the individual sensors (1) at a predetermined time To record timing repeatedly and to submit an evaluation.
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