Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Erfassung von Formänderungen mit einem Träger, auf dem Messgitter mit einem Messleiter mit elektrischen Anschlüssen angeordnet ist. Eine solche Messeinrichtung wird insbesondere zur Erfassung von Dehnungen oder Stauchungen eingesetzt und wird üblicherweise als Dehnungsmessstreifen bezeichnet.

Dehnungsmessstreifen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, beispielsweise aus der DE 6604989, in der Dehnungsmessstreifen mit einer größeren Anzahl von in gleichen Abständen nebeneinander zu einer Dehnungsmessstreifen- kette auf einem Trägerstreifen oder Trägerband vereinigten Messgittern beschrieben sind. Die jeweiligen Messgitter sind gegenüber der Trägerstreifen-Längsmittellinie unter einem Winkel angeordnet.

Dehnungsmessstreifen ändern schon bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand. Sie werden auf das zu untersuchende Objekt aufgebracht, üblicherweise aufgeklebt, und an eine Spannungsquelle angeschlossen. Verformungen, also Dehnungen oder Stauchungen, führen zu einer Veränderung des Widerstandes des Dehnungsmessstreifens, der in einem bestimmten Verhältnis zur Längenänderung verändert wird. Dehnungsmessstreifen werden an unterschiedlichsten Maschinen, Konstruktionen oder Druckbehältern eingesetzt, ebenso werden sie als Sensoren eingesetzt, mit denen die Belastung beispielsweise elektronischer Waagen, Kräfte, Momente, Beschleunigungen oder Drücke gemessen werden. Neben statischen Belastungen können auch sich zeitlich ändernde Belastungen erfasst werden.

So genannte Folien-Dehnmessstreifen weisen ein Messgitter mit einem Messleiter in einer Dicke zwischen drei und fünf Mikrometer auf, die auf einen Kunststoffträger kaschiert und ausgeätzt werden. Auf der Oberseite wird häufig eine Abdeckung aufgebracht, die mit der Trägerfolie oder dem Träger fest verklebt oder verschweißt wird, um das Messgitter mechanisch zu schützen.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Bei der Anwendung von Dehnungsmessstreifen sind Störgrößen zu berücksichtigen, beispielsweise die Temperatur, da sich das Widerstandverhalten temperaturabhängig ändern kann oder sich aufgrund von temperaturbedingten Ausdehnungen Widerstandsänderungen ergeben, die nicht mit einer belastungsinduzierten Dehnung ü- bereinstimmen. Neben einer Kriechneigung und einer Querempfindlichkeit sind Dehnungsmessstreifen insbesondere gegen Feuchtigkeit zu schützen, da die meisten Trägerwerkstoffe hygroskopisch sind. Ebenfalls besteht die Gefahr, dass eine Veränderung der Oberfläche durch Schmutz und Korrosion in Anwesenheit von Feuchtigkeit in den mitunter sehr dünnen Messleitern auftritt, was zu Veränderungen der Messergebnisse im Laufe der Zeit führt.

Konventionell werden Dehnungsmessstreifen verkapselt geliefert oder nachträglich mit einer Schutzschicht, zum Beispiel aus Silikon, überzogen. Neben der Gestaltung der Dehnungsmessstreifen auf einem separaten Trägermaterial ist es möglich, dass Messeinrichtungen unmittelbar auf den zu untersuchenden und zu vermessenden Bauteilen aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Sputtern geschehen, wodurch ein separates Kleben der Dehnungsmessstreifen entfallen und eine exzellente Anbildung an den zu untersuchenden Körper erzielt werden kann. Bisher auftretende Probleme wie das Kriechen oder Quellen der Klebschicht entfallen, wodurch eine sehr hohe Positionsgenauigkeit und Messgenauigkeit erzielt werden kann. Bei dem direkten Anbringen auf den zu untersuchenden Körper hat sich jedoch herausgestellt, dass Feuchtigkeit, Schmutz und Korrosion einen großen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben und ein Schutz dagegen zwingend erforderlich ist.

Das Aufbringen eines solchen Schutzes ist mit hohen Kosten verbunden und hat gegebenenfalls funktionelle Nachteile. Die zum Schutz verwendeten Materialien können Feuchtigkeit aufnehmen oder beim Herstellungsprozess bzw. beim Beschichtungs- prozess können Luft oder Feuchtigkeit mit eingeschlossen werden. Darüber hinaus kann die Oberfläche des Dehnungsmessstreifens im Betrieb beschädigt werden. Solche Nachteile entstehen insbesondere bei Dehnungsmessstreifen mit hohen Widerständen, die häufig aus Energiespargründen verwendet werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige Messeinrichtung bereitzustellen, die die genannten negativen Einflüsse minimiert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und in den Figuren offenbart.

Die erfindungsgemäße Messeinrichtung zur Erfassung von Formänderungen mit einem Träger, auf dem ein Messgitter mit einem Messleiter mit elektrischen Anschlüssen angeordnet ist, sieht vor, dass neben dem Messleiter zumindest ein Schutzleiter angeordnet ist. Der Schutzleiter kann dabei nur einseitig neben dem Messleiter angeordnet sein, um elektrochemische Korrosion zu vermindern oder zu vermeiden. Der Messleiter, der zur Bestimmung des Widerstandes und damit auch zur Bestimmung der Widerstandsveränderung und damit der Dehnung oder Stauchung bzw. Formänderung des Trägers dient, weist neben sich zumindest einen Schutzleiter mit dem gleichen Potential auf. Bilden sich Widerstandsbrücken durch Wasser oder andere Fremdpartikel zwischen den Leitern, so hat dies auf den Messleiter keinen Ein- fluss, da keine Potentialdifferenzen zwischen dem Messleiter und dem nebenliegenden Schutzleiter oder den Schutzleitern existieren. An dem Schutzleiter oder den Schutzleitern und dem Messleiter liegt im Wesentlichen die gleiche Spannung an, so dass kein Strom zwischen dem Leitern fließen kann. Durch einen fehlenden Strom- fluss vom umliegenden Material zum Messleiter wird eine elektrochemische Korrosion vermieden, so dass die Haltbarkeit und Messgenauigkeit verbessert wird. Der Schutzleiter und der Messleiter müssen dazu nicht an derselben Spannungsquelle angeschlossen sein, es ist ausreichend, wenn die Spannungen nahezu gleich sind, um Potentialunterschiede zu minimieren. So kann das Messgitter beispielsweise bei einer Stauchung oder Dehnung einen Spannungsunterschied von ca. 2 mV erzeugen, so dass bei einer Spannung an dem Messleiter von ca. 5 V oder 2,5V bei einem Mittenabgriff zu einem vernachlässigbaren Messfehler führt.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die Schutzleiter oder der Schutzleiter an den elektrischen Anschlüssen des Messleiters angeschlossen sind. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die gleiche Spannung an allen Leitern anliegt, was die Messgenauigkeit erhöht.

Sind zwei oder mehr Schutzleiter beiderseits des Messleiters vorgesehen, ist der Messleiter bevorzugt zwischen zwei Schutzleitern mit dem gleichen Potential eingerahmt, so dass ein verbesserter Schutz für den Messleiter besteht. Durch die Anlegung der gleichen oder im Wesentlichen gleichen Spannung an allen Leitern wird über die Länge der Leiter eine minimale Potentialdifferenz zwischen den Leitern gewährleistet, wodurch die elektrochemische Korrosion vermieden oder zumindest vermindert wird.

In dem Schutzleiter oder den Schutzleitern sowie in dem Messleiter können Ersatzwiderstände vorgesehen sein, um Ungleichmäßigkeiten im Gesamtwiderstand des jeweiligen Leiters auszugleichen. Wichtig ist, dass das Potential an den Anschlüssen der Messeinrichtung zwischen dem Messleiter und dem Schutzleiter oder den Schutzleitern im Wesentlichen gleich ist.

Die Schutzleiter können über die gesamte Länge des Messleiters gleich beabstandet zu dem Messleiter angeordnet sein, wobei bei einer mäanderförmigen, winklig zueinander ausgerichteten Ausgestaltung einzelner Abschnitte des Messleiters die Schutzleiter abschnittsweise parallel zu den jeweils im Wesentlichen geraden Abschnitten des Messleiters verlaufen. Der Messleiter kann wellenartig oder mäanderartig ausgebildet sind, ebenfalls können die Mäander in winklig angeordneten Schenkeln ausgebildet sein, so dass es beispielsweise einen horizontal orientierten Mäanderschenkel und einen vertikal orientierten Mäanderschenkel geben. Alternativ zu einer eckigen Ausgestaltung kann der Messleiter auch wellenartig und bogenförmig oder mit zwei winkelig zueinander ausgerichteten Schenkeln ausgebildet sein.

Die Leiter, also sowohl der Messleiter als auch die Schutzleiter, können aus einem Vollmaterial herausgearbeitet oder aus einer aufgebrachten Beschichtung funktiona- lisiert sein. Ebenfalls ist es möglich, dass lediglich die Leiter zusammen mit den e- lektrischen Anschlüssen auf den Träger aufgebracht werden. Als Trägermaterial können entweder eine separate Folie oder ein separates Bauteil oder das zu unter- suchende Objekt selbst dienen. Die Leiter können auf dem Träger aufgebracht, aufgedruckt oder lithographisch strukturiert sein.

Die Leiter und die elektrischen Anschlüsse können einstückig ausgebildet sein, so dass eine gleichmäßige elektrische Leitung vorliegt, da die Leiter nicht an die elektrischen Anschlüsse angeschlossen werden müssen. Bevorzugt haben die Leiter die gleiche Länge, so dass das Widerstandsgefälle über die Länge konstant ist. Die Größe der Widerstände in den Leitern ist dabei unerheblich, da das Widerstandsgefälle und damit die Potentialdifferenz von der absoluten Größe der Widerstände unabhängig ist. Der Widerstand der Schutzleiter kann von dem Widerstand des Messleiters verschieden sein.

In dem Messleiter kann ein Mittenabgriff vorgesehen sein, um eine Messung der Dehnung zu ermöglichen. Bei einer Ausgestaltung der Messeinrichtung mit mäander- förmig ausgebildeten, winklig zueinander angeordneten Schenkeln liegt der Mittenabgriff bevorzugt an dem Verbindungspunkt der beiden Schenkel in dem Messleiter.

Zur Ausgestaltung eines elektrischen und mechanischen Schutzes kann zumindest über den Leitern eine Schutzschicht angeordnet sein, um mechanische Beeinträchtigungen zu minimieren. Ebenfalls werden dadurch Feuchtigkeit und Verunreinigungen von den Leitern ferngehalten, wodurch sich die elektrochemischen Aktivitäten minimieren lassen. Die Schutzschicht kann sich auch über die gesamte Messeinrichtung erstrecken.

Der Messleiter kann Abschnitte aufweisen, die in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Orientierungen verlaufen, also winklige Mäander bilden, wobei die Gesamtlängen der Abschnitte in jeder Orientierung einander im Wesentlichen entsprechen. Dadurch ist es möglich, gleiche Signale für Dehnungen in unterschiedlichen Richtungen zu erhalten.

Der Messleiter ist bevorzugt nur an den Spannungsanschlüssen elektrisch mit den Schutzleitern verbunden, ansonsten sind die Schutzleiter elektrisch von dem Messleiter isoliert. Die Erfindung betrifft eine orthopädietechnische Einrichtung mit einer Messeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung unmittelbar in einer Komponente der orthopädietechnischen Einrichtung, die als Orthese oder Prothese ausgebildet sein kann, angeordnet sein kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - eine schematische Anordnung der Messeinrichtung; Fig. 2 - eine Variante mit Ersatzwiderständen; sowie

Fig. 3 - eine Variante mit getrennten und einem gemeinsamen Anschluss zeigt.

Die Messeinrichtung 1 gemäß Figur 1 sieht zwei elektrische Anschlüsse 2, 3 vor, die über einen Messleiter 4 eines Messgitters verbunden sind. An den Anschlüssen 2, 3 liegt eine konstante Spannungsquelle an, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Durch die Spannungsquelle wird sichergestellt, dass die Spannungsversorgung immer gleich bleibt. Parallel zu dem Messleiter 4 sind zwei Schutzleiter 5, 6 beidseitig neben dem Messleiter 4 angeordnet. Der Messleiter 4 ist aus Abschnitten 48, 49 ausgebildet, die jeweils rechtwinklig zueinander orientiert sind. In der Figur sind die Abschnitte 48, 49 als vertikale Abschnitte 48 und horizontale Abschnitte 49 ausgebildet, die so orientiert sind, dass sich eine mäanderartige Struktur ausbildet. Dabei ist ein vertikaler Schenkel 8 und ein horizontaler Schenkel 9 aus einem mäanderartigen Messleiter 4 gebildet. Die Schutzleiter 5, 6 sind entsprechend mäanderartig ausgestaltet und verlaufen abschnittsweise parallel zu den Abschnitten 48, 48 des Messleiters 4. In dem Messleiter 4 ist ein Mittenabgriff 7 vorgesehen, der zur Messung der Dehnung verwendet werden kann. Der Mittenabgriff 7 ist optional und nicht unbedingt notwendig, um die Funktionsfähigkeit der Messeinrichtung 1 zu gewährleisten. Insbesondere bei einem Einsatz von Ersatzwiderständen ist die Anordnung des Mittenabgriffs 7 vorteilhaft. Der Abstand zwischen dem Messleiter 4 und den Schutzleitern 5, 6 kann sehr gering ausfallen, um den Bauraum für die Messeinrichtung möglichst gering zu halten. Die Leiter 4, 5, 6, ebenso wie die elektrischen Anschlüsse 2, 3 können beispielsweise mit einem Laser aus einer bestehenden, zum Beispiel gesputterten Oberflächenschicht herausgeschnitten werden. Der zusätzliche Fertigungsaufwand für die beiden Schutzleiter 5, 6 ist sehr gering, da der größte Zeitaufwand für die Ausrichtung und Einstellung der Schenkel 8, 9 der Messeinrichtung und des Lasers besteht. Alternative Verfahren zum Entfernen einer aufgesputterten Leiterschicht oder zum Aufbringen oder Aufdrucken des Messleiters 4 zusammen mit den elektrischen Anschlüssen 2, 3 und den Schutzleitern 5, 6 sind ebenfalls möglich und vorgesehen.

Die vorgeschlagene Lösung minimiert durch ihre Anordnung messtechnisch negative Effekte durch Feuchtigkeit, Schmutz und Korrosion. Vorteilhafterweise sind die Schutzleiter 5, 6 in einem gleichmäßigen Abstand zu dem Messleiter 4 vorgesehen. Bei der vorgeschlagenen Anordnung kann der Korrosionseffekt durch Elektrolyse vermindert oder verhindert werden. Durch Anlegen eines Spannungspotentials an die Messeinrichtung kommt es bei Vorhandensein von Feuchtigkeit zu einer schwachen Elektrolyse. Anionen wandern dadurch zu der Metallschicht, aus der die Leiter 4, 5, 6 bestehen, geben ihr Elektron ab und sorgen damit für eine Oxidation des Metalls, welches dadurch in Lösung geht und korrodiert. Da durch die Schutzleiter 5, 6 eine Potentialdifferenz zu dem Messleiter grundsätzlich vermieden werden kann, kann der Messleiter 4 auf diesem Wege nicht mehr korrodieren.

In der Figur 2 ist eine Variante der Erfindung dargestellt. Auch hier sind zwei Schutzleiter 5, 6 beidseitig neben einem Messleiter 4 angeordnet. Der Messleiter 4 ist mä- anderförmig ausgebildet, die Schutzleiter 5, 6 verlaufen parallel und im Wesentlichen in einem gleich bleibenden Abstand zu dem Messleiter 4. Anders als in der Ausführungsform gemäß Figur 1 sind die Spannungsanschlüsse 24, 25, 26, 34, 35, 36 der Leiter 4, 5, 6 getrennt ausgeführt, so dass jeder Leiter 4, 5, 6 mit einer eigenen Spannungsquelle versorgt ist. Dabei ist darauf zu achten, dass die Spannungsquellen eine im Wesentlichen gleiche Spannung liefern, damit eine Potentialgleichheit vorhanden ist. In der Figur 2 ist weiterhin vorgesehen, dass Teile der Widerstände in den Leitern 4, 5, 6 durch Ersatzwiderstände 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 ersetzt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Ersatzwiderstände pro Leiter 4, 5, 6 vorgesehen. Die Ersatzwiderstände 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 können auch als externe Widerstände ausgebildet sein und befinden sich dann vorzugsweise innerhalb des nicht dargestellten Messgerätes. An allen Widerständen 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 wird die gleiche Spannung eingestellt. Der Mittenabgriff 7 liegt hinter dem mittleren, externen Widerstand 14 oder 1 1 des Messleiters 4. Wie in der Figur 2 dargestellt, können die Widerstände 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16 an beiden Seiten des Dehnmessstreifens zusätzlich angebracht werden, wobei die Auslegung und Ausführung der Widerstände 11 ,

12, 13, 14, 15, 16 so gewählt ist, dass das Potential an den Anschlüssen 24, 25, 26, 34, 35, 36 zwischen dem Messleiter 4 und den Schutzleitern 5, 6 im Wesentlichen gleich ist. Bei einer zweiseitigen Anbringung von Widerständen 1 1 , 14 kann der Mittenabgriff 7 eingangsseitig oder ausgangsseitig hinter dem jeweils mittleren Widerstand gewählt werden. Statt einen Schutzleiter 5, 6 zum Teil durch Widerstände 12,

13, 15, 16 zu ersetzen, können auch zusätzliche Spannungsquellen angeschlossen werden, um für eine Potentialgleichheit zwischen dem Messleiter 4 und den Schutzleitern 5, 6 zu sorgen.

Eine Variante der Erfindung ist in der Figur 3 dargestellt, in der die Anschlüsse 24, 25, 26 der Spannungsquellen separat ausgeführt sind, so dass die eine Anschlussseite getrennte Anschlüsse 24, 25, 26 einer Spannungsversorgung aufweist, während der andere Anschluss 3 der Spannungsquelle als gemeinsamer Anschluss ausgebildet ist. Auch hier sind Ersatzwiderstände 14, 15, 16 vorgesehen, um die Potentialgleichheit zwischen den Schutzleitern 5, 6 und dem Messleiter 4 zu gewährleisten, so dass die Potentialdifferenz über die gesamte Strecke des Messleiters 4 in der Nähe von Null bleibt. Dies ist gegeben, wenn der Anfang und das Ende der Mess- und Schutzleiter 4, 5, 6, also die Anschlüsse 24, 25, 26, 3 auf ungefähr dasselbe Potential gelegt werden. Die Widerstände 14, 15, 16 können auch als externe Widerstände in einem nicht dargestellten Messgerät angeordnet sein.