Textiler Kondensator
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(19) *DE102013003648B320140528* (10) (12) DE 10 2013 003 648 B3 2014.05.28 Patentschrift (21) Aktenzeichen: 10 2013 003 648.8 (22) Anmeldetag: 05.03.2013 (43) Offenlegungstag: – (45) Veröffentlichungstag der Patenterteilung: 28.05.2014 (51) Int Cl.: G01B 7/14 (2006.01) G01L 1/14 (2006.01) D03D 15/00 (2006.01) Innerhalb von neun Monaten nach Veröffentlichung der Patenterteilung kann nach § 59 Patentgesetz gegen das Patent Einspruch erhoben werden. Der Einspruch ist schriftlich zu erklären und zu begründen. Innerhalb der Einspruchsfrist ist eine Einspruchsgebühr in Höhe von 200 Euro zu entrichten (§ 6 Patentkostengesetz in Verbindung mit der Anlage zu § 2 Abs. 1 Patentkostengesetz). (73) Patentinhaber: AMOHR Technische Textilien GmbH, 42285, Wuppertal, DE (72) Erfinder: Müller, Alexander, 42287, Wuppertal, DE; Mohr, Christoph, 42117, Wuppertal, DE (54) Bezeichnung: Textiler Kondensator (57) Zusammenfassung: Dargestellt und beschrieben ist ein textiler Kondensator der nach dem kapazitiven Messprinzip Formänderungen feststellen kann. Aufgabe der Erfindung ist es, einen solchen textilen Kondensator preisgünstig in kontinuierlicher Fertigung herzustellen, um ihn innerhalb textiler oder anderer Umgebungen für die Überwachung von Druck und Verformung verwenden zu können. Dies ist zum Beispiel im Bereich von Betten und Sitzen zur Überwachung von Belastungen möglich. Einen besonderen Vorteil gegenüber herkömmlichen Plattenkondensatoren bietet die textile Haptik und Verformbarkeit des Produktes. (56) Ermittelter Stand der Technik: DE 10 2008 042 554 DE 10 2011 009 969 US 2006 / 0 196 252 A1 A1 A1 DE 10 2013 003 648 B3 2014.05.28 ein Erfassungs- und/oder Messelement angeschlossen werden. Es ist auch möglich, dass die Messergebnisse von dort drahtlos an eine Überwachungselektronik gesendet werden. Durch eine Integration eines solchen Überwachungsmechanismus in ein Bett kann beispielsweise eine Überwachung von Patienten im Krankenhaus oder Pflegeheim gewährleistet werden. Oder es können die unterschiedlichen Belastungszustände von Sitzen überwacht werden. Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen textilen Kondensator, der kapazitiv die Dickenänderung eines textilen Schlauches erfasst. [0002] Kapazitive Sensoren basieren darauf, dass zwei Elektroden die „Platten” eines elektrischen Kondensators bilden, dessen Kapazität oder Kapazitätsänderung gemessen wird. Wird eine „Platte” oder beide durch den zu messenden Effekt verschoben oder verformt, so ändert sich der Plattenabstand und damit die elektrisch messbare Kapazität. [0009] Gelöst wird die Aufgabe durch einen textilen Kondensator mit den Merkmalen des Anspruch 1, insbesondere mit den kennzeichnenden Merkmalen, wonach der Kondensator aus einem textilen Schlauch besteht. Dabei ist der textile Kondensator bevorzugt so geformt, dass eine große Länge von z. B. 0,2 bis 2,0 m mit einer geringen Breite von z. B. 20 mm und einer noch geringeren Höhe von z. B. 10 mm kombiniert wird. An einem Ende des Kondensators befindet sich eine elektrische Schaltung, die zum einen Spannung in die Elektroden einspeist und zum anderen als Auswerteeinheit für die Kapazitätsmessung dient. [0003] Diese Kondensatoren sind also als Sensoren für eine Reihe physikalischer Größen geeignet. Diese Größen bewirken eine Änderung der Kapazität oder der enthaltenen Ladung, beides kann durch eine nachfolgende Schaltung ausgewertet werden. [0004] Die Kapazität eines Kondensators ändert sich mit dem Abstand der Elektroden. So können Kondensatoren zur Abstands- und Dickenmessung verwendet werden, indem eine Elektrode mit der Messgröße mechanisch gekoppelt wird und sich so die Veränderung der Messgröße auf eine Veränderung des Plattenabstandes überträgt und damit eine Veränderung der Kapazität bewirkt. [0010] Die Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen zum besseren Verständnis der Erfindung jeweils schematische Ausschnitte von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen textilen Kondensators. [0005] So sind zum Beispiel kapazitive Messelemente die eine Abstandsveränderung von elektrischen Leitern erfassen im Stand der Technik bekannt, z. B. aus der Offenlegungsschriften DE 10 2008 042 554 A1 und DE 10 2011 009 969 A1. Das Messprinzip ist die Überwachung der Veränderung der Kapazität im Dielektrikum zwischen zwei oder mehr Kondensatorplatten. [0011] In Fig. 1 ist beispielhaft eine Variante des entspannten Kondensators dargestellt. Der textile Schlauch (1) bewirkt die Grundform, die in diesem Beispiel ellipsenförmig gewählt ist, und so ausgelegt ist, dass der Schlauch durch die Grundspannung seines textilen Aufbaus seine Form beibehält. Die Elektroden (2 und 3) liegen sich in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel genau gegenüber an der Unterund Oberseite des Schlauches. Beim vorgegebenen Abstand misst eine an einem Ende des Kondensator angeschlossene Auswerteeinheit die Kapazität zwischen den Elektroden. Wird nun wie in Fig. 2 gezeigt von oben Druck auf den textilen Schlauch ausgeübt und dadurch der Abstand zwischen den Elektroden verringert, ändert sich die Kapazität und diese Änderung kann von der Auswerteeinheit erfasst und weitergegeben werden. [0006] In diese Gruppe gehören auch der kapazitiver Näherungsschalter und der kapazitive Touchscreen. Bei letzterem wird der Abstand zum Finger ortsaufgelöst ausgewertet. [0007] Wenn ein Kondensator in ein textiles Element integriert werden soll, ist es wünschenswert, dass er seinerseits textil aufgebaut ist und sich mit seinen Eigenschaften gut in die textile Umgebung einfügt; außerdem ist eine rationelle Fertigung in möglichst wenigen Arbeitsgängen aus Qualitäts- und Kostenerwägungen vorteilhaft. [0012] In Fig. 3 wird eine andere beispielhafte Variante des Kondensators gezeigt. In den mit der Grundspannung des textilen Materials ellipsenförmig vorgespannten Schlauch (1) sind nebeneinander auf der Unterseite die beiden Elektroden (2) und (3) eingebracht. Auf der gegenüberliegenden Oberseite ist ein die Gesamtfläche der beiden Elektroden unten abdeckender elektrischer Leiter (4) eingebracht, der bewirkt, dass eine durch ein am Ende des Kondensators angeschlossene Auswerteeinheit messbare Kapazität zwischen den Elektroden (2) und (3) entsteht. Bei Druckbelastung von oben verringert sich gemäß Fig. 4 der Abstand zwischen Ober- und Unterseite, [0008] Die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung ermöglicht durch eine geschickte Anordnung der für den kapazitiven Sensor notwendigen Bauteile innerhalb eines Schlauchgewebes eine effektive Fertigung eines solchen. Seine textile Ausprägung macht den textilen Kondensator zu einem flexiblen Element, das sich in textiler oder ähnlicher Umgebung dieser in seiner Biegesteifigkeit anpassen kann. Der Kondensator kann an einer Seite elektrisch an 2/5 DE 10 2013 003 648 B3 2014.05.28 was zu einer Kapazitätsänderung führt, die von der Auswerteeinheit erfasst und weitergegeben werden kann. trisch leitfähigen Materialien an der Oberfläche alle oder teilweise isoliert sind. 9. Kondensator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Materialien an der Oberfläche alle oder teilweise nicht isoliert sind. Patentansprüche 1. Kondensator zur Erfassung von Abstandsänderungen, welcher aus einem textilen Schlauch besteht, in den die notwendigen Bauteile integriert sind und der mit einem Erfassungs- und Auswertungselement verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bereiche aus elektrisch leitfähigen Materialien im Schlauch genau gegenüberliegend an der Ober- und Unterseite des Schlauches angeordnet sind. 10. Kondensator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Materialien an der Oberfläche alle oder teilweise nur einseitig isoliert sind. 11. Kondensator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Materialien an der Oberfläche aus Folienbändchen bestehen. 2. Kondensator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der textile Anteil des Schlauches für eine Vorspannung des Schlauches und damit einen definierten Abstand von Ober- und Unterseite des Schlauches sorgt. 12. Kondensator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das an einem Ende des Kondensators angebrachte Erfassungs- und Auswertungselement die Ergebnisse drahtlos an eine zentrale Überwachungselektronik sendet. 3. Kondensator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bereiche aus elektrisch leitfähigen Materialien so in dem Schlauch angeordnet sind, dass sie zwischen sich ein Dielektrikum ausbilden, das sich bei Verformung des Schlauches ändert und über die Kapazitätsmessung zwischen den Bereichen aus leitfähigen Materialien gemessen werden kann. Es folgen 2 Seiten Zeichnungen 4. Kondensator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch gewebt ist und die Bereiche aus elektrisch leitfähigen Materialien in das Schlauchgewebe eingewebt sind. 5. Kondensator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch gewirkt ist und die Bereiche aus elektrisch leitfähigen Materialien in das Schlauchgewirk eingewirkt sind. 6. Kondensator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bereiche aus elektrisch leitfähigen Materialien nebeneinander mit geringem Abstand angeordnet sind und ein dritter Bereich aus elektrisch leitfähigem Material im Schlauch genau gegenüberliegend so angeordnet ist, dass er in der Breite die beiden gegenüberliegenden leitfähigen Bereiche überdeckt. 7. Kondensator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Schlauchseite im Wechsel voneinander isolierte Bereiche elektrisch leitfähigen Materials angeordnet sind und auf der gegenüberliegenden Schlauchseite ein in Längsrichtung durchgehender Bereich eines elektrisch leitfähigen Materials. 8. Kondensator gemäß einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elek- 3/5 DE 10 2013 003 648 B3 2014.05.28 Anhängende Zeichnungen 4/5 DE 10 2013 003 648 B3 2014.05.28 5/5
