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1. (WO2019025246) VERBINDUNG ZWISCHEN ZWEI INTELLIGENTEN KLEIDUNGSSTÜCKEN
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Verbindung zwischen zwei intelligenten Kleidungsstücken

Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen einem ersten intelligenten Kleidungsstück mit integrierter erster Elektronik und einem zweiten intelligenten Kleidungstück mit integrierter zweiter Elektronik, sowie die Verwendung der Verbindung in einer aus zwei Teilen bestehenden und mit der Verbindung verbundenen Arbeitsbekleidung für Personen, die Arbeiten an stromführenden Teilen durchführen.

Als intelligente Kleidung werden Kleidungsstücke mit integrierter, in der Regel von außen nicht sichtbarer, Elektronik oder Elektrik bezeichnet. Mit der Elektronik können nahezu beliebige Funktionen realisiert werden, wie beispielsweise leuchtende Kleidung, Spielfunktionen (z.B. Lasertagging), Überwachung von Vitalparametern (z.B. Herzfrequenz, Blutdruck, Körpertemperatur, Atemfrequenz, Elektrokardiogramm (EKG), usw.), Sicherheitsfunktionen (z.B. um elektrische Spannungen zu detektieren, usw.), Kommunikation, Multimedia, etc. In manchen Anwendungen ist es erforderlich, zwei intelligente Kleidungsstücke miteinander zu verbinden, beispielsweise um eine mehrere Kleidungsstücke verteilte Funktionalität zu reali-sieren. Damit ist es notwendig, die intelligenten Kleidungsstücke elektrisch miteinander zu verbinden. Das kann entweder drahtlos und/oder drahtgebunden erfolgen.

Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, eine einfache und sichere Verbindung zwischen zwei intelligente Kleidungsstücke anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an einem ersten intelligenten Kleidungsstück ein erstes Verbindungsteil und an einem zweiten intelligenten Kleidungsstück ein zweites Verbindungsteil vorgesehen ist und das erste Verbindungsteil und das zweite Verbindungsteil zur Herstellung der Verbindung magnetisch verbunden sind, um einen ersten Signalverbindungsteil im ersten Verbindungsteil mit einen zweiten Signalverbindungsteil im zweiten Verbindungsteil zur Herstellung einer Signalverbindung zwischen erster Elektro-nik und zweiter Elektronik zueinander auszurichten und miteinander zu verbinden. Die magnetische Kopplung sorgt automatisch für die richtige Ausrichtung und Lage der beiden Signalverbindungsteile, um die benötigte Signalverbindung zu realisieren. Die Ausrichtung der beiden Signalverbindungsteile erfolgt durch die magnetische Kopplung selbsttätig, sodass die Handhabung der Verbindung ausgesprochen einfach und fehlersicher ist.

In einer einfachen Ausgestaltung bilden das erste Signalverbindungsteil und das zweite Signalverbindungsteil einen elektrischen Kontakt aus, womit sich auf einfache Weise jegliche Signalverbindung (Energie, Datenübertragen, elektrisches Signal) herstellen lässt.

Eine berührungslose Datenübertragung als Signalverbindung lässt sich auf einfache Weise realisieren, wenn im ersten Signalverbindungsteil und im zweiten Signalverbindungsteil je- weils eine Hochfrequenzspule angeordnet ist, die durch die magnetische Verbindung zur berührungslosen Datenübertragung zueinander ausgerichtet sind.

Eine berührungslose Energieübertragung oder Datenübertragung als Signalverbindung lässt sich auf einfache Weise realisieren, wenn im ersten Signalverbindungsteil eine Sendespule angeordnet ist und im zweiten Signalverbindungsteil eine Empfangsspule angeordnet ist, die durch die magnetische Verbindung zur induktiven Energieübertragung zueinander ausgerichtet sind. Eine derartige induktive Energieübertragung ist einfach und sicher zu implementieren.

Vorzugsweise ist im ersten Verbindungsteil zumindest ein Permanentmagnet angeordnet ist, der mit zumindest einem Magnetkoppelteil im zweiten Verbindungsteil zusammenwirkt, oder umgekehrt, wodurch sich die magnetische Kopplung besonders einfach realisieren lässt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn auch der Magnetkoppelteil als Permanentmagnet ausgeführt ist, was eine starke magnetische Kopplung ermöglicht.

Ganz besonders vorteilhaft ist der zumindest eine Permanentmagnet in einen magnetischen Kreis eingebunden, indem der Permanentmagnet mit einem Joch verbunden ist, auf dem die Sendespule, oder Empfangsspule, angeordnet ist und das Magnetkoppelteil als Kern ausgeführt ist, auf dem die Empfangsspule, oder die Sendespule, angeordnet ist. Damit kann die induktive Energieübertragung verstärkt und verbessert werden. Das gilt in analoger Weise auch für die berührungslose Datenübertragung mittels Hochfrequenzspulen.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 zwei über eine erfindungsgemäß Verbindung miteinander verbundene intelligente Kleidungsstücke,

Fig.2 die erfindungsgemäße magnetische Verbindung,

Fig.3a, 3b 3c vorteilhafte Ausführungen der durch die Verbindung hergestellten Signalverbindung und

Fig.4 die Verbesserung der berührungslosen Signalverbindung durch die Einbindung des Permanentmagneten in einen magnetische Kreis.

In Fig.1 sind eine erste intelligentes Kleidungsstück 1 a, beispielsweise ein Hemd, und ein zweites intelligentes Kleidungsstück 1 b, beispielsweise eine Hose, dargestellt. Im ersten intelligenten Kleidungsstück 1 a ist eine Elektronik 2a integriert, die auch eine Elektrode 19a an einem Ärmelbund des Kleidungsstücks 1 a umfasst, um z.B. eine elektrische Spannung zu messen. Im zweiten intelligenten Kleidungsstück 1 b ist eine Elektronik 2b integriert, bei-spielsweise in Form eine Elektrode 19b zur Spannungsmessung. Um zwischen der Elektrode 19a der Elektronik 2a und der Elektrode 19b der Elektronik 2b eine elektrische Spannung

messen zu können, muss zwischen den beiden Elektroden 19a, 19b eine elektrische Verbindung 20 bestehen.

Eine derartige Spannungsmessung ist natürlich nur ein konkreter Anwendungsfall, in dem zwei intelligente Kleidungsstücke 1 a, 1 b miteinander verbunden werden müssen. Die Ver-bindung 20 muss auch nicht elektrisch sein, sondern könnte auch in Form eine Datenverbindung ausgeführt sein. Natürlich kann die Verbindung 20 je nach Anwendung und Funktionalität der Elektronik 2a, 2b sowohl eine elektrische Verbindung 20, als auch eine Datenverbindung herstellen. Die Verbindung 20 kann außerdem entweder drahtlos oder drahtgebunden ausgeführt sein. Die Verbindung 20 kann auch dazu dienen, elektrische Energie von einem Kleidungsstück 1 a auf das andere Kleidungsstück 1 b zu übertragen, wenn nur an einem Kleidungsstück 1 a ein Energiespeicher 3, beispielsweise ein Li-Ionen Akku, eine Primärbatterie (Knopfzelle), etc., zur Energieversorgung vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Verbindung 20 wird nachfolgend im Detail beschrieben.

Eine erfindungsgemäße Verbindung 20 ist in Fig.2 schematisch dargestellt und besteht aus einem ersten Verbindungsteil 20a und einem zweiten Verbindungsteil 20b, die zusammen die Verbindung 20 ausbilden. Der erste Verbindungsteil 20a ist beispielsweise am ersten intelligenten Kleidungsstück 1 a angeordnet und der zweite Verbindungsteil 20b am zweiten intelligenten Kleidungsstück 1 b. Die beiden Verbindungsteile 20a, 20b werden magnetisch miteinander verbunden. Dazu ist an zumindest einem Verbindungsteil 20a zumindest ein Permanentmagnet 4 angeordnet, der mit zumindest einem Magnetkoppelteil 5 am jeweils anderen Verbindungsteil 20b zusammenwirkt. Der Magnetkoppelteil 5 ist entweder ein Teil aus einem ferromagnetischen Material oder ebenfalls ein in der richtigen Polarität angeordneter Permanentmagnet. Damit können die beiden Verbindungsteile 20a, 20b nur in einer definierten relativen Lage zueinander magnetisch verbunden werden, bzw. ergibt sich die richtige Lage automatisch durch die magnetische Kopplung. Der zumindest eine Permanentmagnet 4 und der Magnetkoppelteil 5 sind dazu selbstverständlich so angeordnet, dass diese zum magnetischen Zusammenhalten der Verbindung 20 grundsätzlich zusammenwirken können.

Darüber hinaus ist in beiden Verbindungsteilen 20a, 20b jeweils ein Signalverbindungsteil 21 a, 21 b angeordnet, um über die Verbindung 20 die benötigte(n) Signalverbindung(en) 21 , also beispielweise eine Datenverbindung, eine elektrische Verbindung oder eine Energieübertragung, herzustellen. Durch die magnetische Kopplung der beiden Verbindungsteile 20a, 20b werden die beiden Signalverbindungsteile 21 a, 21 b gleichzeitig in der richtigen Lage und Position zueinander ausgerichtet und angeordnet, um die gewünschte Signalverbin-dung herzustellen. Die Signalverbindung 21 erfolgt damit automatisch durch die magnetische Kopplung in der definierten Lage. Damit lässt sich die Verbindung 20 sehr einfach handhaben, da der Benutzer nur die magnetische Kopplung herstellen muss und sich darüber hin-

aus keinerlei Gedanken machen muss. Mögliche Signalverbindungen 21 sind in Fig.3 dargestellt.

Eine einfache Signalverbindung 21 erfolgt durch elektrische Kontakte 23a, 23b, die durch die magnetische Verbindung der beiden Signalverbindungsteile 21 a, 21 b kontaktiert werden, wie in Fig.3a dargestellt. Dabei können auch mehrere elektrische Kontakte vorgesehen sein und geschlossen werden. Mit solchen elektrischen Kontakten 23a, 23b lassen sich elektrische Signale, beispielsweise in Form von Messwerten wie Spannungen, übertragen, aber es kann damit auch eine Datenverbindung oder Energieübertragung realisiert werden.

Mit Fig.3b ist eine berührungslose Energieübertragung als Signalverbindung 21 dargestellt. Im ersten Signalverbindungsteil 21 a ist ein erster Energiekopplungsteil 6 einer induktiven Kopplung zur induktiven Energieübertragung angeordnet. Der erste Energiekopplungsteil 6 umfasst in einer einfachen Ausgestaltung einen Wechselrichter 7 (bzw. Oszillator) und eine damit verbundene Sendespule 8, die ein elektromagnetisches Feld aussendet. Im zweiten Signalverbindungsteil 21 b ist ein zweiter Energiekopplungsteil 9 angeordnet. Der zweite Energiekopplungsteil 9 umfasst in einer einfachen Ausgestaltung eine Empfangsspule 10 zum Empfangen des von der Sendespule 8 ausgesendeten elektromagnetischen Feldes und einen damit verbundenen Gleichrichter 1 1 . Der Gleichrichter 1 1 kann mit der Elektronik 2b eines intelligenten Kleidungsstückes 1 b verbunden sein. Der Gleichrichter 1 1 könnte aber natürlich auch einen Energiepuffer speisen, der die Elektronik 2b versorgt. Der Wechselrich-ter 7 und/oder der Gleichrichter 1 1 kann dabei selbstverständlich auch Teil der jeweiligen Elektronik 2a, 2b sein. Es ist aber natürlich grundsätzlich unerheblich, von welchem Kleidungsstück aus die elektrische Energie übertragen wird.

Die magnetische Verbindung zwischen den beiden Verbindungsteilen 20a, 20b sorgt insbesondere auch dafür, dass der erste Energiekopplungsteil 6 (z.B. die Sendespule 8) und der zweite Energiekopplungsteil 9 (z.B. die Empfangsspule 10) im richtigen Abstand zueinander und in benötigter relativer Lage zueinander angeordnet sind, um die berührungslose Energieübertragung zu ermöglichen. Durch die magnetische Verbindung„schnappt" der erste Verbindungsteil 20a in der richtigen Lage und Position auf den zweiten Verbindungsteil 20b auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung könnte als Signalverbindung 21 auch eine berührungslose Datenübertragung vorgesehen sein, wie in Fig.3c dargestellt. Zur berührungslosen Datenübertragung könnten im ersten Signalverbindungsteil 21 a und im zweiten Signalverbindungsteil 21 b jeweils Hochfrequenzspulen 14, 16 (typischerweise im Frequenzeberich zwischen 10kHz und 1 MHz) vorgesehen sein, die zur Datenübertragung zusammenwirken. Dazu sendet eine der Hochfrequenzspulen 14, 16 zur Datenübertragung ein elektromagnetisches Feld, das von der jeweils anderen Hochfrequenzspule 14, 16 erfasst wird. Die Hoch- frequenzspulen 14, 16 sind jeweils mit einer Kommunikationseinheit 15, 17 verbunden. Die Kommunikationseinheiten 15, 17 können dazu auch Teil der jeweiligen Elektronik 2a, 2b sein. Die Datenkommunikation kann nach einen beliebigen Kommunikationsprotokoll erfolgen.

Die Datenübertragung kann insbesondere genutzt werden, um zwischen den beiden Kleidungsstücken 1 a, 1 b oder deren Elektronik 2a, 2b Daten oder Information auszutauschen. Beispielsweise könnte so ein Status des Energiespeichers 3 (State of Charge SoC oder State of Health SoH) abgefragt oder übertragen werden. Solche Daten können aber auch mit der Elektronik 2a, 2b am Kleidungsstück 1 a, 1 b aufgenommene Messdaten sein, beispiels-weise EKG-Daten, Bewegungsdaten, Temperaturen, elektrische Spannungen zwischen zwei Punkten an den Kleidungsstücken 1 a, 1 b. Solche Daten können in einer Speichereinheit eines Kleidungsstückes 1 a, 1 b oder auch des Energiespeichers 3 gespeichert werden, z.B. um später ausgelesen zu werden.

Die magnetische Verbindung zwischen den beiden Verbindungsteilen 20a, 20b kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Fig.4 auch genutzt werden, um die berührungslose Energieübertragung oder Datenübertragung zu verbessern. Dazu wird der zumindest eine Permanentmagnet 4 in einen magnetischen Kreis, der sich zwischen erstem Verbindungsteil 20a und zweitem Verbindungsteil 20b erstreckt, eingebunden. Im ersten Verbindungsteil 20a sind dazu in einer vorteilhaften Ausgestaltung beispielsweise zwei Perma-nentmagnete 4 vorgesehen, die durch ein Joch 12, aus ferromagnetischem Material als magnetischer Rückschluss, verbunden sind. Das Joch 12 dient gleichzeitig als Kern für die Sendespule 8. Auch im zweiten Verbindungsteil 20b ist ein Kern 13, vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, angeordnet, auf dem die Empfangsspule 10 angeordnet ist. Der Kern 13 dient als Magnetkoppelteil 5 und schließt gleichzeitig den magnetischen Kreis.

Durch die magnetische Verbindung zwischen beiden Verbindungsteilen 20a, 20b werden somit nicht nur die Sendespule 8 und die Empfangsspule 10 zueinander ausgerichtet, sondern es wird gleichzeitig der magnetische Kreis geschlossen. Der zumindest eine Permanentmagnet 4 im magnetischen Kreis erhöht damit den im magnetischen Kreis fließenden magnetischen Fluss, was die Energieübertragung von der Sendespule 8 auf die Empfangs-spule 10 verbessert. In gleicher weise kann damit auch die Datenübertragung verbessert werden, wenn die Hochfrequenzspulen 14, 16 am Joch 12 bzw. am Kern 13 angeordnet werden.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Verbindung 20 ist in einer Arbeitsbekleidung bestehend aus einem ersten Kleidungsstück 1 a und einem zweiten Klei-dungsstück 1 b (wie in Fig.1 ) für Personen, die an stromführenden Teilen arbeiten. Die Elektronik 2a, 2b in den beiden Kleidungsstücken 1 a, 1 b kann hierbei ausgeführt sein und funktional so zusammenwirken, um eine elektrische Spannung zwischen zumindest zwei Punkten

der Arbeitsbekleidung zu erfassen, insbesondere zwischen einem ersten Punkt am ersten Kleidungsstück 1 a, z.B. am Handgelenk, und einen zweiten Punkt am zweiten Kleidungsstück 1 b, z.B. am Fußgelenk, wie in Fig.1 angedeutet. Die erfasste Spannung kann dann ausgewertet werden (durch eine Elektronik 2a, 2b oder extern) und eine gewünschte Aktion ausgelöst werden (durch eine Elektronik 2a, 2b oder extern). Für eine einfache Messung einer elektrischen Spannung über zwei Kleidungsstücke 1 a, 1 b und über die Verbindung 20 ist eine Signalverbindung mit einem elektrischen Kontakt 23 wie in Fig.3a vorteilhaft.

Eine Elektronik 2a, 2b kann dazu auch eine Sendeeinrichtung, z.B. ein Funksender, umfassen, die im Falle einer zu hohen Spannung zwischen den gemessenen Punkten ein Notaus-Signal an eine externe Schalteinheit sendet, um die stromführenden Teile stromlos zu schalten, wenn die Spannung einen definierten Grenzwert überschreitet. Ebenso könnte dazu eine Sendeeinrichtung des Energiespeichers 3 genutzt werden. Auf diese Weise können mögliche Verletzungen der die Arbeitsbekleidung tragenden Person durch Stromschlag eingeschränkt werden, tödliche Unfälle bei richtiger Anwendung dieser Sicherheitsfunktion so-gar gänzlich vermieden werden. Es kann dabei auch vorgesehen sein, durch eine Signaleinrichtung an einem Kleidungsstück 1 a, 1 b (ebenfalls als Teil der Elektronik 2a, 2b) anzuzeigen, ob die Sicherheitsfunktion betriebsbereit ist, beispielsweise ob die Verbindung 20, bzw. die Signalverbindung 21 , hergestellt wurde.

Die korrekte Verbindung könnte beispielsweise mit einem Reedkontakt 22 festgestellt wer-den, der in dem Verbindungsteil 20b angeordnet ist, in dem der Magnetkoppelteil 5 angeordnet ist. Mit dem Reedkontakt 22 kann damit das Magnetfeld des Permanentmagneten 4 er-fasst werden. Wenn die magnetische Verbindung zwischen den beiden Verbindungsteilen 20a, 20b hergestellt ist, könnte der Reedkontakt so ausgeführt und angeordnet sein, dass dieser durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 4 schließt, womit die ordnungsge-mäße Verbindung festgestellt werden könnte.