DE102023203352A1

DE102023203352A1 - reaction force measuring plate and reaction force measuring system

Info

Publication number: DE102023203352A1
Application number: DE102023203352.6A
Authority: DE
Inventors: Max Konstantin Werhahn; Peter Michael Marienfeld; Uwe Pehlemann
Original assignee: Contitech Deutschland GmbH
Current assignee: Contitech Deutschland De GmbH
Priority date: 2023-04-13
Filing date: 2023-04-13
Publication date: 2024-10-17
Also published as: WO2024213392A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reaktionskraft-Messplatte (1) zur Erfassung der Bodenreaktionskraftverteilung über die Bodenkontaktfläche des Fußes eines Huftiers oder des Fußes eines Menschen bei dessen Auftreten auf den Boden, mit einer, vorzugsweise steifen, Trägerplatte (3) mit einer im Gebrauch dem Boden zugewandten ersten Oberfläche (3a) und einer gegenüberliegenden dem Huf oder Fuß zugewandten zweiten Oberfläche (3b), einer Mehrzahl von an der ersten Oberfläche (3a) der Trägerplatte (3) positionsfest fixierten flächigen Kraftmesssensoren (5), mehreren, insbesondere einer der Mehrzahl von Kraftmesssensoren (5) entsprechenden Mehrzahl, von elastischen Kraftübertragungsstollen (7), die an den freien Oberflächen der Kraftmesssensoren (5) fixiert sind, und wenigstens, vorzugsweise genau, einer steifen Lastverteilplatte (13), welche parallel zur Trägerplatte (3) sowie der Trägerplatte (3) abgewandt an den elastischen Kraftübertragungsstollen (7) angeordnet und dem Boden zugewandt ist, oder umgekehrt.

The present invention relates to a reaction force measuring plate (1) for detecting the ground reaction force distribution over the ground contact surface of the foot of an ungulate or the foot of a human when it steps on the ground, with a preferably rigid carrier plate (3) with a first surface (3a) facing the ground during use and an opposite second surface (3b) facing the hoof or foot, a plurality of flat force measuring sensors (5) fixed in a fixed position on the first surface (3a) of the carrier plate (3), a plurality of elastic force transmission studs (7), in particular a plurality corresponding to the plurality of force measuring sensors (5), which are fixed to the free surfaces of the force measuring sensors (5), and at least, preferably exactly, one rigid load distribution plate (13) which is arranged parallel to the carrier plate (3) and facing away from the carrier plate (3) on the elastic force transmission studs (7) and facing the ground, or vice versa.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reaktionskraft-Messplatte, die insbesondere zum Einsatz bei einem Hufschuh oder Huf oder auch Schuh vorgesehen und zur Bestimmung einer flächigen Reaktionskraftverteilung beim Auftreffen eines Hufs eines Huftiers oder auch des Fußes eines Menschen auf den Boden geeignet ist. Sie betrifft des Weiteren ein eine derartige Messplatte umfassendes Reaktionskraft-Messsystem, und beansprucht wird auch ein mit einer solchen Messplatte ausgestattetes Hufeisen oder ein Hufschuh oder ein Schuh.The invention relates to a reaction force measuring plate, which is particularly intended for use with a hoof shoe or hoof or shoe and is suitable for determining a surface reaction force distribution when a hoof of an ungulate or a human foot hits the ground. It also relates to a reaction force measuring system comprising such a measuring plate, and a horseshoe or a hoof shoe or a shoe equipped with such a measuring plate is also claimed.

Für die Gang- und Gesundheitsanalyse eines Pferdes oder anderen Huftieres (z. B. Kamels) ist es wünschenswert, die bei dessen Auftreten auf den Boden entstehenden Reaktionskräfte nicht nur an einem Punkt, sondern mit einer gewissen Auflösung über die Auftrefffläche des Hufes zu erfassen. Aus den Messwerten soll auf den Gesundheitszustand des Tieres, z. B. in Bezug auf Lahmheiten oder Überlastungen des Gangapparates, geschlossen werden können.For the gait and health analysis of a horse or other hoofed animal (e.g. camel), it is desirable to record the reaction forces that arise when it hits the ground not only at one point, but with a certain resolution across the impact area of the hoof. The measured values should be able to be used to draw conclusions about the animal's state of health, e.g. with regard to lameness or overloading of the gait apparatus.

Während es für entsprechende Aufgaben im Bereich der medizinischen Diagnostik, Trainingszustandsanalyse und Rehabilitation beim Menschen eine ganze Reihe von Lösungen gibt, hält sich die Verfügbarkeit entsprechender Systeme für Huftiere in Grenzen. Es gibt ein marktgängiges Produkt der Firma Tekscan und daneben Systeme mit ähnlicher Zweckbestimmung, die aber auf der Messung von Beschleunigungen statt von Reaktionskräften basieren.While there are a whole range of solutions for corresponding tasks in the field of medical diagnostics, training status analysis and rehabilitation in humans, the availability of corresponding systems for hoofed animals is limited. There is a commercially available product from the company Tekscan and systems with a similar purpose, but these are based on measuring accelerations instead of reaction forces.

Aus der GB 2 482 192 B ist es bekannt, Kraftsensoren für derartige Zwecke an einem Hufeisen zu befestigen und deren Signale lokal zu speichern und/oder über einen drahtlosen Transmitter zu einer entfernten Empfangs- und Auswertungsstation zu übertragen.From the GB 2 482 192 B It is known to attach force sensors for such purposes to a horseshoe and to store their signals locally and/or to transmit them to a remote receiving and evaluation station via a wireless transmitter.

Gemäß der DE 10 2011 016 344 A1 werden Kraftsensoren in einen Elastomer-Körper für einen entsprechenden Zweck eingesetzt. Der Elastomer-Körper, der wiederum in einen Hufschuh eingefügt werden soll, soll die Verwendung handelsüblicher resistiver Kraftsensoren mit ihrem limitierten Kraftmessbereich auch für Reaktionskraft-Analyse bei Pferden mit ihrem relativ hohen Bodendruck ermöglichen.According to the DE 10 2011 016 344 A1 Force sensors are inserted into an elastomer body for a corresponding purpose. The elastomer body, which in turn is to be inserted into a hoof boot, is intended to enable the use of commercially available resistive force sensors with their limited force measurement range for reaction force analysis in horses with their relatively high ground pressure.

Die US 2020/319044 A1 lehrt ein weiteres System zur flächig aufgelösten Erfassung von Reaktionskräften an den Hufen eines Huftieres, welches die Sensorsignale über einen drahtlosen Transmitter zu einer entfernten Auswertungseinheit überträgt. Dieses System hat eine aufwändige Konstruktion aus einer Grundplatte und einer Bodenplatte, die relativ zueinander präzise geführt werden und zwischen denen jeweils mehrere Kraftaufbringungszylinder und eine Mehrzahl von resistiven Kraftmesssensoren sowie zusätzlich eine Mikroprozessoreinheit, eine Kommunikationseinheit und eine Batterie zur Stromversorgung der Komponenten untergebracht sind. Die Funktion der „Kraftaufbringungszylinder“ ist der Druckschrift ebenso wenig zu entnehmen wie die Art und Weise der Anbringung am Huf.The US 2020/319044 A1 teaches another system for the area-resolved recording of reaction forces on the hooves of an ungulate, which transmits the sensor signals to a remote evaluation unit via a wireless transmitter. This system has a complex construction consisting of a base plate and a floor plate, which are precisely guided relative to each other and between which several force application cylinders and a number of resistive force measuring sensors are housed, as well as a microprocessor unit, a communication unit and a battery to power the components. The function of the "force application cylinders" is just as unclear from the publication as the manner in which they are attached to the hoof.

Die DE 10 2021 211 795.3 (unveröffentlicht) beschreibt eine Reaktionskraft-Messplatte zur Erfassung der Bodenreaktionskraftverteilung über die Bodenkontaktfläche des Fußes eines Huftiers oder des Fußes eines Menschen bei dessen Auftreten auf den Boden, mit einer steifen Trägerplatte mit einer im Gebrauch dem Boden zugewandten ersten Oberfläche und einer dem Huf oder Fuß zugewandten zweiten Oberfläche, einer Mehrzahl von an der ersten Oberfläche der Trägerplatte positionsfest fixierten flächigen Kraftmesssensoren und mehreren, insbesondere einer der Mehrzahl von Kraftmesssensoren entsprechenden Mehrzahl, von elastischen Kraftübertragungsstollen, die an den freien Oberflächen der Kraftmesssensoren fixiert sind.The DE 10 2021 211 795.3 (unpublished) describes a reaction force measuring plate for detecting the ground reaction force distribution over the ground contact surface of the foot of an ungulate or the foot of a human when it steps on the ground, with a rigid carrier plate with a first surface facing the ground during use and a second surface facing the hoof or foot, a plurality of flat force measuring sensors fixed in a fixed position on the first surface of the carrier plate and a plurality, in particular a plurality corresponding to the plurality of force measuring sensors, of elastic force transmission studs which are fixed to the free surfaces of the force measuring sensors.

Nachteilig bei den bekannten derartigen Möglichkeiten zur Kraftmessung des Fußes eines Huftiers oder des Fußes eines Menschen bei dessen Auftreten auf den Boden, d.h. bei Bodenkontakt, ist, dass lediglich Kraftverteilungen gemessen werden können, jedoch keine Gesamtkräfte, da neben den diskreten Sensorpositionen Kraftnebenschlüsse auftreten.The disadvantage of the known possibilities of this type for measuring the force of the foot of an ungulate or the foot of a human when it steps on the ground, i.e. when it comes into contact with the ground, is that only force distributions can be measured, but not total forces, since force shunts occur in addition to the discrete sensor positions.

Nachteilig bei der Verwendung der einzelnen Kraftübertragungsstollen pro Kraftmesssensor der Reaktionskraft-Messplatte der DE 10 2021 211 795.3 , dass sich bei leichtem Versatz zwischen Kraftübertragungsstollen und Kraftmesssensor im Betrieb sich die Charakteristik bzw. die Kalibrierkennlinie des Kraftmesssensors (Messwert vs. eingeleiteter Kraft) ändert. Dadurch können sich große Ungenauigkeiten in der gemessenen Kraft ergeben.The disadvantage of using individual force transmission studs per force measuring sensor of the reaction force measuring plate of the DE 10 2021 211 795.3 that if there is a slight offset between the force transmission stud and the force measuring sensor during operation, the characteristics or calibration curve of the force measuring sensor (measured value vs. introduced force) change. This can result in large inaccuracies in the measured force.

Nachteilig ist auch, dass es, beispielsweise durch unterschiedliche Hufformen und bzw. oder Bodeneigenschaften, zu einer undefinierten Kraftein- und Kraftableitung kommen kann. Hierdurch können Kraftnebenschlüsse entstehen, wodurch die Last nicht wie gewünscht zu den diskreten Sensorpositionen geleitet werden kann.Another disadvantage is that, for example, different hoof shapes and/or ground properties can lead to undefined force input and force dissipation. This can lead to force shunts, meaning that the load cannot be directed to the discrete sensor positions as desired.

Nachteilig ist ferner, dass beim Einsatz an Huftieren mit Eisenbeschlag (z.B. Pferden) Unregelmäßigkeiten im Beschlag, z.B. durch herausstehende Nägel, auftreten können, welche die Kraftverteilung auf einer starren Platte stark beeinflussen können, was im Referenzzustand ohne Messystem auf weichem Boden nicht der Fall wäre, da kleine Unebenheiten im Boden einsinken und hierdurch ausgeglichen werden können. Eine fehlerhafte Interpretation der Messergebnisse könnte der Fall sein.Another disadvantage is that when used on hoofed animals with iron shoes (e.g. horses), irregularities in the shoeing, e.g. due to protruding nails, can occur, which strongly influence the force distribution on a rigid plate. which would not be the case in the reference state without a measuring system on soft ground, since small unevenness in the ground sinks and can be compensated for. An incorrect interpretation of the measurement results could be the case.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Möglichkeiten zur Kraftmessung des Fußes eines Huftiers oder des Fußes eines Menschen bei dessen Auftreten auf den Boden zu verbessern. Insbesondere soll eine, vorzugsweise kompakte, Sensorplatte mit diskreten Sensorpositionen und einer Krafteinleitung in selbige geschaffen werden, sodass sich eine stabile und robuste Sensorcharakteristik ergibt. Zusätzlich oder alternativ soll eine Kraftleitung ohne Kraftnebenschluss erfolgen, um das Messen von Absolutkräften zu ermöglichen und potentielle Fehler in der gemessenen Kraftverteilung zu minimieren. In jedem Fall soll dies möglichst einfach, kostengünstig, bauraumsparend und bzw. oder gewichtssparend erfolgen. Zumindest soll eine Alternative zu den bekannten Möglichkeiten geschaffen werden.One object of the present invention is to improve the possibilities for measuring the force of the foot of an ungulate or the foot of a human when it steps on the ground. In particular, a preferably compact sensor plate with discrete sensor positions and a force introduction into the same is to be created, so that a stable and robust sensor characteristic is obtained. In addition or alternatively, a force line should be provided without force shunt in order to enable the measurement of absolute forces and to minimize potential errors in the measured force distribution. In any case, this should be done as simply, inexpensively, space-saving and/or weight-saving as possible. At the very least, an alternative to the known possibilities should be created.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Reaktionskraft-Messplatte, durch ein Reaktionskraft-Messsystem sowie durch einen Hufschuh, ein Hufeisen oder einen Schuh mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention by a reaction force measuring plate, by a reaction force measuring system and by a hoof shoe, a horseshoe or a shoe with the features of the independent patent claims. Advantageous further developments are described in the subclaims.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Reaktionskraft-Messplatte zur Erfassung der Bodenreaktionskraftverteilung über die Bodenkontaktfläche des Fußes eines Huftiers oder des Fußes eines Menschen bei dessen Auftreten auf den Boden, mit einer, vorzugsweise steifen, Trägerplatte mit einer im Gebrauch dem Boden zugewandten ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden dem Huf oder Fuß zugewandten zweiten Oberfläche, einer Mehrzahl von an der ersten Oberfläche der Trägerplatte positionsfest fixierten flächigen Kraftmesssensoren, mehreren, insbesondere einer der Mehrzahl von Kraftmesssensoren entsprechenden Mehrzahl, von elastischen Kraftübertragungsstollen, die an den freien Oberflächen der Kraftmesssensoren fixiert sind, und wenigstens, vorzugsweise genau, einer steifen Lastverteilplatte, welche parallel zur Trägerplatte sowie der Trägerplatte abgewandt an den elastischen Kraftübertragungsstollen angeordnet und dem Boden zugewandt ist, oder umgekehrt. Der Boden stellt einen Untergrund dar, welcher grundsätzlich beliebig beschaffen bzw. aus einem beliebigen Material ausgebildet sein kann.The present invention thus relates to a reaction force measuring plate for detecting the ground reaction force distribution over the ground contact surface of the foot of an ungulate or the foot of a human when it steps on the ground, with a preferably rigid carrier plate with a first surface facing the ground during use and an opposite second surface facing the hoof or foot, a plurality of flat force measuring sensors fixed in a fixed position on the first surface of the carrier plate, several, in particular a plurality corresponding to the plurality of force measuring sensors, of elastic force transmission studs which are fixed to the free surfaces of the force measuring sensors, and at least, preferably exactly, one rigid load distribution plate which is arranged parallel to the carrier plate and facing away from the carrier plate on the elastic force transmission studs and faces the ground, or vice versa. The ground represents a subsurface which can in principle be of any nature or made of any material.

Die Erfindung schließt den Gedanken ein, die gewünschte Messeinrichtung mit einer im Wesentlichen sowohl biegesteifen als auch inkompressiblen (aber ggfs. elastisch biegsamen) Trägerplatte zu bilden, an deren einer Oberfläche eine Mehrzahl von Kraftmesssensoren angebracht ist, und deren andere Oberfläche im Gebrauch an der Unterseite des Hufes platziert wird und jedenfalls mit der Unterseite des Hufes in Wirkkontakt steht.The invention includes the idea of forming the desired measuring device with a carrier plate that is essentially both rigid and incompressible (but possibly elastically flexible), on one surface of which a plurality of force measuring sensors are attached, and the other surface of which is placed on the underside of the hoof during use and is in any case in operative contact with the underside of the hoof.

Weiterhin schließt die Erfindung den Gedanken ein, jedem der Kraftmesssensoren an dessen freier Oberfläche einen an die Wirkfläche des Sensors angepassten Kraftübertragungsstollen zuzuordnen.Furthermore, the invention includes the idea of assigning to each of the force measuring sensors on its free surface a force transmission stud adapted to the effective surface of the sensor.

Grundsätzlich ist auch eine Konfiguration möglich, bei der Kraftübertragungsstollen mit größerer Grundfläche eingesetzt werden, die nicht einem einzelnen, sondern zwei oder mehr Kraftmesssensoren gemeinsam zugeordnet sind und die auftretenden Bodenreaktionskräfte in diese einleiten. Im Extremfall könnte die Messplatte sogar nur einen einzelnen Kraftübertragungsstollen aufweisen, dessen Grundfläche sämtliche Kraftmesssensoren überdeckt, sofern dieser eine Kraftmessstollen von seinem Aufbau und seiner Lagerung an der Trägerplatte her eine differenzierte Krafteinleitung in die verschiedenen Sensoren ermöglicht.In principle, a configuration is also possible in which force transmission tunnels with a larger base area are used, which are assigned not to a single force measuring sensor, but to two or more force measuring sensors together and which introduce the ground reaction forces that occur into them. In extreme cases, the measuring plate could even have just a single force transmission tunnel, the base area of which covers all the force measuring sensors, provided that this force measuring tunnel, due to its structure and its mounting on the carrier plate, enables a differentiated introduction of force into the various sensors.

Für häufige praktische Anwendungen ist aus derzeitiger Sicht eine Anzahl von 3-8 Kraftmesssensoren, insbesondere 5-7 Sensoren, ausreichend. Es können vorzugsweise wenigstens fünf Kraftmesssensoren verwendet werden. Vorzugweise können wenigstens und besonders vorzugsweise genau sieben Kraftmesssensoren verwendet werden, welche randseitig verlaufend angeordnet sein können. In jedem Fall können die Kraftmesssensoren in der Umfangsrichtung gleich zueinander beabstandet angeordnet sein. Dies kann eine repräsentative Erfassung der Kraftwerte bei gleichzeitig begrenztem Aufwand ermöglichen.From the current perspective, a number of 3-8 force measuring sensors, in particular 5-7 sensors, is sufficient for frequent practical applications. Preferably, at least five force measuring sensors can be used. Preferably, at least and particularly preferably exactly seven force measuring sensors can be used, which can be arranged along the edge. In any case, the force measuring sensors can be arranged at equal distances from one another in the circumferential direction. This can enable representative recording of the force values while at the same time limiting the effort.

Eine solche Reaktionskraft-Messplatte ist konstruktiv einfach aufgebaut und daher kostengünstig herstellbar, im praktischen Gebrauch robust und einfach zu handhaben. Sie ermöglicht zudem eine über die Fläche des Hufes hinreichend aufgelöste Erfassung der Reaktionskräfte mit geringen Kraftnebenflüssen und daher hoher Genauigkeit. Sie ist zudem im Aufbau flach und leicht und daher nicht nur leicht anzuwenden, sondern auch leicht zu transportieren.Such a reaction force measuring plate is structurally simple and therefore inexpensive to manufacture, robust in practical use and easy to handle. It also enables the reaction forces to be recorded with sufficient resolution over the surface of the hoof, with low force side effects and therefore high accuracy. It is also flat and light in construction and is therefore not only easy to use, but also easy to transport.

Erfindungsgemäß weist die Reaktionskraft-Messplatte wenigstens, vorzugsweise genau, eine steife Lastverteilplatte, welche parallel zur Trägerplatte sowie der Trägerplatte abgewandt an den elastischen Kraftübertragungsstollen angeordnet und dem Boden zugewandt ist. Somit überspannt die steife Lastverteilplatte sozusagen mehrere bis alle elastische Kraftübertragungsstollen und damit auch die jeweiligen Kraftmesssensoren bzw. die Abstände dazwischen. Hierdurch kann Kraftleitung pro Kraftmesssensor ohne Kraftnebenschluss erfolgen, was die Qualität der Kraftmessungen verbessern kann.According to the invention, the reaction force measuring plate has at least, preferably exactly, one rigid load distribution plate, which is arranged parallel to the carrier plate and facing away from the carrier plate on the elastic force transmission studs and facing the ground. Thus, the rigid load distribution plate spans several to all elastic force transmission studs and thus also the respective force measuring sensors or the distances in between. This allows force conduction per force measuring sensor without force shunting, which can improve the quality of the force measurements.

Vorzugsweise kann die steife Lastverteilplatte aus einem Material mit sehr hoher Festigkeit und Steifigkeit bei guter maximaler Dehnung bestehen. Hierzu kann vorzugsweise Polyamid mit einem zusätzlichen Festigkeitsträger verwendet werden. Besonders bevorzugt kann die steife Lastverteilplatte als ein Organoblech aus Polyamid mit Glasfaserverstärkung umgesetzt werden.Preferably, the rigid load distribution plate can be made of a material with very high strength and rigidity with good maximum elongation. Polyamide with an additional strength carrier can preferably be used for this purpose. Particularly preferably, the rigid load distribution plate can be implemented as an organic sheet made of polyamide with glass fiber reinforcement.

Die Trägerplatte kann, wie zuvor explizit formuliert und beschrieben, mit der ersten Oberfläche im Gebrauch dem Boden zugewandt und mit der zweiten gegenüberliegenden Oberfläche dem Huf oder Fuß zugewandt sein. Die Anordnung kann jedoch auch umgekehrt erfolgen, indem die Trägerplatte mit der ersten Oberfläche im Gebrauch dem Huf oder Fuß zugewandt und mit der zweiten gegenüberliegenden Oberfläche dem Boden zugewandt sein kann. Dies kann die Nutzungs- und Gestaltungsmöglichkeiten erhöhen.The carrier plate can, as explicitly formulated and described above, have the first surface facing the ground during use and the second opposite surface facing the hoof or foot. However, the arrangement can also be reversed, in that the carrier plate can have the first surface facing the hoof or foot during use and the second opposite surface facing the ground. This can increase the usage and design options.

Insbesondere ist die Anordnung der Trägerplatte mit der ersten Oberfläche im Gebrauch dem Huf oder Fuß zugewandt dahingehend vorteilhaft, weil dann die Kraftmesssensoren und elastischen Kraftübertragungsstollen gegen den Huf wirken. Entsprechend muss die Trägerplatte nicht direkt mit dem Huf bzw. mit dem Hufeisen verbunden werden. Stattdessen kann die Fixierung beispielsweise über einen Hufschuh erfolgen, welcher auch von einem Schutzelement der Reaktionskraft-Messplatte selbst gebildet werden kann, wie nachfolgend näher beschrieben werden wird.In particular, the arrangement of the carrier plate with the first surface facing the hoof or foot during use is advantageous because the force measuring sensors and elastic force transmission studs then act against the hoof. Accordingly, the carrier plate does not have to be connected directly to the hoof or horseshoe. Instead, it can be fixed using a hoof shoe, for example, which can also be formed by a protective element of the reaction force measuring plate itself, as will be described in more detail below.

Diese Ausführung kann insbesondere in Kombination mit einem Träger- und Schutzelement (dem Hufschuh) vorteilhaft sein, sodass die Trägerplatte mit den Kraftsensoren nicht fest am Huf bzw. Eisen verbunden werden muss und zugleich keine Relativbewegung zwischen der Trägerplatte mit den Kraftsensoren und dem Träger- und Schutzelement (Hufschuh) auftritt, was weniger Belastung für eine Kabelanbindung der Reaktionskraft-Messplatte bedeuten kann.This design can be particularly advantageous in combination with a support and protective element (the hoof shoe), so that the support plate with the force sensors does not have to be firmly connected to the hoof or iron and at the same time no relative movement occurs between the support plate with the force sensors and the support and protective element (hoof shoe), which can mean less strain on a cable connection of the reaction force measuring plate.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Reaktionskraft-Messplatte ferner wenigstens ein erstes Schutzelement auf, welches wenigstens die Trägerplatte und die Lastverteilplatte samt der dazwischenliegenden Kraftmesssensoren und Kraftübertragungsstollen zumindest randseitig, vorzugsweise gegenüber dem Boden vollflächig, gegenüber der Umgebung abschließt. Das erste Schutzelement kann lediglich randseitig ausgebildet sein, um den Raum zwischen der Trägerplatte und der Lastverteilplatte seitlich abzuschließen und so wenigstens die dazwischenliegenden Kraftmesssensoren und Kraftübertragungsstollen vor Umgebungseinflüssen zu schützen. Das erste Schutzelement kann zusätzlich auch flächig parallel zur Lastverteilplatte bzw. um die Lastverteilplatte herum als erste Schutzlage ausgebildet sein, um einen entsprechend großen bzw. vollflächigen Schutz gegenüber dem Boden oder dem Huf oder Fuß, je nach Ausrichtung der Trägerplatte, zu bieten.According to one aspect of the invention, the reaction force measuring plate further comprises at least one first protective element which seals off at least the carrier plate and the load distribution plate, including the force measuring sensors and force transmission studs located between them, from the environment at least at the edges, preferably over the entire surface relative to the ground. The first protective element can only be formed at the edges in order to laterally seal off the space between the carrier plate and the load distribution plate and thus protect at least the force measuring sensors and force transmission studs located between them from environmental influences. The first protective element can also be formed in a flat manner parallel to the load distribution plate or around the load distribution plate as a first protective layer in order to offer a correspondingly large or full-surface protection from the ground or the hoof or foot, depending on the orientation of the carrier plate.

In jedem Fall können äußere Einflüsse bzw. Umwelteinflüsse wie Schmutz, Schlamm, Feuchtigkeit bzw. Wasser, Steinchen und dergleichen von den Elementen wie beispielsweise von den Kraftmesssensoren und Kraftübertragungsstollen ferngehalten werden, um deren Funktionsfähigkeit zu gewährleisten bzw. deren Langlebigkeit zu verbessern.In any case, external influences or environmental influences such as dirt, mud, moisture or water, stones and the like can be kept away from the elements such as the force measuring sensors and power transmission studs in order to ensure their functionality or to improve their longevity.

Vorzugsweise kann das erste Schutzelement auch randseitig am Huf oder Fuß entlang verlängert sein und den Huf oder Fuß seitlich umschließen, um auch dort einen Schutz vor äußeren Einflüssen bzw. Umwelteinflüssen zu bieten. Insbesondere kann das erste Schutzelement als Hufglocke ausgebildet sein.Preferably, the first protective element can also be extended along the edge of the hoof or foot and enclose the hoof or foot laterally in order to offer protection there too from external influences or environmental influences. In particular, the first protective element can be designed as a hoof bell.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Reaktionskraft-Messplatte ferner wenigstens ein zweites Schutzelement auf, welches wenigstens die Trägerplatte den Kraftmesssensoren abgewandt zumindest randseitig, vorzugsweise vollflächig, gegenüber der Umgebung abschließt. Somit können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile entsprechend auf die gegenüberliegende Seite der Trägerplatte übertragen und auch dort angewendet werden.According to a further aspect of the invention, the reaction force measuring plate further comprises at least one second protective element which seals off at least the carrier plate facing away from the force measuring sensors from the environment at least at the edge, preferably over the entire surface. The properties and advantages described above can thus be transferred to the opposite side of the carrier plate and used there as well.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Reaktionskraft-Messplatte ferner wenigstens ein, vorzugsweise elastomeres, Kraftübertragungsflächenelement auf, welches parallel zur Trägerplatte sowie der ersten Oberfläche abgewandt positionsfest an den Kraftmesssensoren fixiert ist, wobei die elastischen Kraftübertragungsstollen an der freien Oberflächen des Kraftübertragungsflächenelements unmittelbar genau einem der Kraftmesssensoren gegenüberliegend fixiert sind. Auch das Kraftübertragungsflächenelement ist zwischen der Trägerplatte und der Lastverteilerplatte angeordnet.According to a further aspect of the invention, the reaction force measuring plate further comprises at least one, preferably elastomeric, force transmission surface element which is fixed in a fixed position to the force measuring sensors parallel to the carrier plate and facing away from the first surface, wherein the elastic force transmission studs are fixed to the free surface of the force transmission surface element directly opposite one of the force measuring sensors. The force transmission surface element is also arranged between the carrier plate and the load distribution plate.

Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass mittels der Kraftübertragungsstollen, welche jeweils unmittelbar genau einem der Kraftmesssensoren gegenüberliegend angeordnet sind, eine Weiterleitung der Bodenkontaktkräfte an die jeweiligen Kraftsensoren erfolgen kann, wie in der DE 10 2021 211 795.3 beschrieben. Zusätzlich kann aber dadurch, dass ein Kraftübertragungsflächenelement die Kraftübertragungsstollen aufnimmt und somit zueinander sowie gegenüber den Kraftmesssensoren positioniert, ein Versatz zwischen Kraftübertragungsstollen und Kraftmesssensor im Betrieb vermieden oder zumindest ausreichend reduziert werden, um eine Veränderung bzw. Beeinflussung der Charakteristik bzw. der Kalibrierkennlinie der zu vermeiden oder zumindest ausreichend zu reduzieren, um die Kräfte ausreichend genau messen zu können.This aspect of the present invention is based on the knowledge that by means of the force transmission studs, which are each arranged directly opposite one of the force measuring sensors, the ground contact forces can be transmitted to the respective force sensors, as in the DE 10 2021 211 795.3 In addition, however, by having a force transmission surface element accommodate the force transmission studs and thus and positioned relative to the force measuring sensors, an offset between the force transmission stud and the force measuring sensor during operation must be avoided or at least sufficiently reduced in order to avoid a change or influence on the characteristics or the calibration characteristic curve or at least sufficiently reduced in order to be able to measure the forces with sufficient accuracy.

Das Kraftübertragungsflächenelement kann auch als Druckleitelement bezeichnet werden. In jedem Fall kann das Kraftübertragungsflächenelement als dünne flächige Ebene ausgeprägt sein, welche vorzugsweise mit einer Trägerfolie stoffschlüssig, insbesondere durch Vulkanisation, verbunden sein kann, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.The force transmission surface element can also be referred to as a pressure-conducting element. In any case, the force transmission surface element can be designed as a thin flat plane, which can preferably be bonded to a carrier film in a material-locking manner, in particular by vulcanization, as will be described in more detail below.

Das Kraftübertragungsflächenelement kann ferner auch als dünne Schutzlage dienen und hierzu in Größe und Form so ausgeprägt sein, dass das Kraftübertragungsflächenelement die Kraftmesssensoren bzw. dessen Sensorträgerfolie zumindest größtenteils überdeckt und dadurch schützt.The force transmission surface element can also serve as a thin protective layer and can be of such a size and shape that the force transmission surface element at least largely covers the force measuring sensors or their sensor carrier film and thus protects them.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bzw. sind die Kraftübertragungsstollen und bzw. oder das Kraftübertragungsflächenelement aus einem elastomeren Material ausgebildet. Dies kann eine elastische Kraftübertragung bewirken bzw. ermöglichen. Die Härte des Elastomers bzw. des elastomeren Materials der Kraftübertragungsstollen und bzw. oder des Kraftübertragungsflächenelements kann insbesondere zwischen 30 und 85 ShA liegen.According to a further aspect of the invention, the force transmission studs and/or the force transmission surface element is/are made of an elastomeric material. This can bring about or enable elastic force transmission. The hardness of the elastomer or the elastomeric material of the force transmission studs and/or the force transmission surface element can in particular be between 30 and 85 ShA.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Kraftübertragungsstollen einstückig mit dem Kraftübertragungsflächenelement ausgebildet. Somit sind die Kraftübertragungsstollen und das Kraftübertragungsflächenelement integral ausgebildet. Dies kann mit demselben Material oder auch mit unterschiedlichen Materialien erfolgen, wobei letzteres den Herstellungsaufwand aber auch den Gestaltungsspielraum erhöhen kann.According to a further aspect of the invention, the force transmission studs are formed in one piece with the force transmission surface element. The force transmission studs and the force transmission surface element are thus formed integrally. This can be done with the same material or with different materials, whereby the latter can increase the manufacturing effort but also the design freedom.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Kraftübertragungsstollen eine linienförmige oder trapezförmige Kontaktfläche zum Boden und bzw. oder zum jeweiligen Kraftmesssensor auf. Vorzugsweise ist eine linienförmige bzw. lang gestreckte Kontaktfläche auf der dem Kraftmesssensor abgewandten Seite und eine größere, breitere Kontaktfläche in Richtung des Kraftmesssensors vorhanden. Dies kann beispielsweise durch eine Trapezform erreicht werden, aber auch durch eine in der Höhe geradlinige Ausprägung der Kraftübertragungsstollen. In jedem Fall kann hierdurch die Kraftübertragung beeinflusst werden.According to a further aspect of the invention, the force transmission studs have a linear or trapezoidal contact surface with the ground and/or with the respective force measuring sensor. Preferably, there is a linear or elongated contact surface on the side facing away from the force measuring sensor and a larger, wider contact surface in the direction of the force measuring sensor. This can be achieved, for example, by a trapezoidal shape, but also by a straight-line design of the force transmission studs in height. In any case, this can influence the force transmission.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Kraftübertragungsflächenelement den Kraftübertragungsstollen abgewandt mit den Kraftmesssensoren bzw. einer Sensorträgerfolie verklebt. Dies kann eine Möglichkeit der Verbindung darstellen, welche somit direkt zwischen Kraftmesssensoren und Kraftübertragungsflächenelement erfolgen kann. Sind die Kraftmesssensoren auf einer Sensorträgerfolie angeordnet, insbesondere aufgedruckt, wie weiter unten noch näher beschriebene werden wird, so kann mittels des Kraftübertragungsflächenelements auch die Sensorträgerfolie abgedeckt und geschützt werden.According to a further aspect of the invention, the force transmission surface element is glued to the force measuring sensors or a sensor carrier film facing away from the force transmission studs. This can represent a possible connection, which can thus be made directly between the force measuring sensors and the force transmission surface element. If the force measuring sensors are arranged on a sensor carrier film, in particular printed on, as will be described in more detail below, the sensor carrier film can also be covered and protected by means of the force transmission surface element.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Kraftübertragungsflächenelement den Kraftübertragungsstollen abgewandt an einer Trägerfolie vulkanisiert und die Trägerfolie ist mit den Kraftmesssensoren bzw. einer Sensorträgerfolie verklebt. Somit kann mittels der Trägerfolie eine Oberfläche geschaffen werden, um die klebende Wirkung gegenüber den Kraftmesssensoren bzw. einer Sensorträgerfolie zu verbessern. Die Trägerfolie kann vorzugsweise aus einem Material chemisch ähnlich der Sensorträgerfolie bestehen, um eine stoffschlüssige Verbindung mit der Sensorträgerfolie zu ermöglichen bzw. zu begünstigen. In jedem Fall kann die Trägerfolie vorzugsweise aus einem thermoplastischen oder elastomeren Material (z.B. TPE, NR, EPDM, PET) bestehen, welches stoffschlüssig, vorzugsweise in einem Vulkanisationsverfahren oder in einem Spritzgussverfahren, mit der Sensorträgerfolie verbunden werden kann. Besonders vorzugsweise kann die Trägerfolie einem thermoplastischen Polyethylenterephthalat (PET) bestehen.According to a further aspect of the invention, the force transmission surface element is vulcanized to a carrier film facing away from the force transmission studs, and the carrier film is glued to the force measuring sensors or a sensor carrier film. Thus, a surface can be created by means of the carrier film in order to improve the adhesive effect on the force measuring sensors or a sensor carrier film. The carrier film can preferably consist of a material that is chemically similar to the sensor carrier film in order to enable or promote a material-locking connection with the sensor carrier film. In any case, the carrier film can preferably consist of a thermoplastic or elastomeric material (e.g. TPE, NR, EPDM, PET), which can be materially bonded to the sensor carrier film, preferably in a vulcanization process or in an injection molding process. The carrier film can particularly preferably consist of a thermoplastic polyethylene terephthalate (PET).

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung hat in geometrischen Konfigurationen, die an den Einsatz bei verschiedenen Huftieren oder auch anderen Wirbeltieren (u. a. dem Menschen) angepasst sind, die Trägerplatte die Form eines geschlossenen Hufeisens, Kreisringes, U, oder Vielecks mit einer Ausnehmung im Mittenbereich.According to a further aspect of the invention, in geometric configurations adapted for use in various ungulates or other vertebrates (including humans), the carrier plate has the shape of a closed horseshoe, circular ring, U, or polygon with a recess in the central region.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind in einer technologisch vorteilhaften Ausführung die Kraftmesssensoren zusammen mit zugehörigen Sensorsignalleitungen und optional Stromversorgungsleitungen auf einer zusammenhängenden Sensorträgerfolie realisiert, die auf der ersten Oberfläche der Trägerplatte fixiert ist.According to a further aspect of the invention, in a technologically advantageous embodiment, the force measuring sensors together with associated sensor signal lines and optionally power supply lines are realized on a continuous sensor carrier film which is fixed on the first surface of the carrier plate.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung liegt die Wirkfläche der Kraftmesssensoren im Bereich zwischen 0,5 cm2 und 10 cm2, insbesondere 2 cm2 und 5 cm2. Es versteht sich, dass bei Verwendung einer relativ großen Anzahl von Sensoren und speziell bei Konfigurationen der Messplatte, die für Tiere mit relativ kleiner Huf- bzw. Fußfläche vorgesehen sind, die Wirkfläche relativ gering sein kann, während sie bei Konfigurationen mit einer relativ geringen Sensoranzahl und für Tiere mit großer Erfassungsfläche eher an der als bevorzugt genannten Obergrenze oder auch darüber liegen kann.According to a further aspect of the invention, the effective area of the force measuring sensors is in the range between 0.5 cm2 and 10 cm2, in particular 2 cm2 and 5 cm2. It is understood that when using a relatively large number of sensors and especially in configurations of the measuring plate intended for animals with a relatively small hoof or foot area, the effective area can be relatively small. whereas for configurations with a relatively small number of sensors and for animals with a large detection area, it may be closer to or even higher than the preferred upper limit.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung haben im Interesse einer technologisch leichten und kostengünstigen Herstellbarkeit der Sensoren und Konfigurierbarkeit unterschiedlicher Ausführungen der Messplatte alle Kraftmesssensoren im Wesentlichen die gleiche geometrische Form und Wirkfläche.According to a further aspect of the invention, in the interest of technologically easy and cost-effective manufacture of the sensors and configurability of different designs of the measuring plate, all force measuring sensors have essentially the same geometric shape and effective area.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind bzw. ist in einer einfach realisierbaren Ausführung die Kraftmesssensoren bzw. die oben erwähnte Sensorträgerfolie mit der Trägerplatte verklebt. Auch die Verbindung der Kraftübertragungsstollen mit den Kraftmesssensoren kann in einfacher Weise durch Verkleben realisiert sein.According to a further aspect of the invention, the force measuring sensors or the above-mentioned sensor carrier film are or are glued to the carrier plate in an easily implemented embodiment. The connection of the force transmission studs to the force measuring sensors can also be implemented in a simple manner by gluing.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können, sofern es für bestimmte Anwendungen auf eine hohe Flexibilität der Konfiguration ankommt, alternativ die Kraftmesssensoren bzw. die Sensorträgerfolie und/oder die Kraftübertragungsstollen an den Kraftmesssensoren auch lösbar befestigt und hierbei insbesondere in passende Führungen eingeschoben oder miteinander verrastet sein. Es versteht sich, dass derartige Lösungen konstruktiv aufwändiger und potentiell auch störanfälliger sind, so dass sie eher für spezielle Anwendungen geeignet sein dürften.According to a further aspect of the invention, if a high degree of flexibility in the configuration is important for certain applications, the force measuring sensors or the sensor carrier film and/or the force transmission studs can alternatively be detachably attached to the force measuring sensors and in particular inserted into suitable guides or locked together. It goes without saying that such solutions are more complex to construct and potentially more susceptible to failure, so that they are more likely to be suitable for special applications.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind in einer aus derzeitiger Sicht bevorzugten Realisierung die Kraftmesssensoren resistiv-dielektrische Sensoren, die insbesondere eine erste leitfähige Schicht, auf dieser eine dielektrische Schicht, die von einem die Form des Kraftmesssensors bestimmenden Spacer umgeben und abgegrenzt ist, und auf der dielektrischen Schicht und dem Spacer eine zweite leitfähige Schicht umfassen. Neben dem hier als Variante erwähnten Aufbau können derartige resistive Kraftsensoren auch einen anderen als solchen bekannten Aufbau haben. Grundsätzlich sind neben resistiv-dielektrischen Sensoren in der Reaktionskraft-Messplatte auch piezoelektrische oder kapazitive oder induktive Sensoren oder elektroaktive Polymere einsetzbar.According to a further aspect of the invention, in a currently preferred implementation, the force measuring sensors are resistive-dielectric sensors, which in particular comprise a first conductive layer, on this a dielectric layer which is surrounded and delimited by a spacer that determines the shape of the force measuring sensor, and on the dielectric layer and the spacer a second conductive layer. In addition to the structure mentioned here as a variant, such resistive force sensors can also have a different structure known as such. In principle, in addition to resistive-dielectric sensors, piezoelectric or capacitive or inductive sensors or electroactive polymers can also be used in the reaction force measuring plate.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann in materialseitigen Ausführungen vorgesehen sein, dass die die Trägerplatte aus Organoblech, Federstahl oder Kunststoff und/oder die Kraftübertragungsstollen aus Elastomer und/oder die Lastverteilplatte aus Organoblech, Federstahl oder Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid mit einem Festigkeitsträger, vorzugsweise einer Glasfaserverstärkung, bestehen. Die Härte des Elastomers der Kraftübertragungsstollen kann speziell zwischen 30 und 85 ShA liegen.According to a further aspect of the invention, in material-related embodiments, it can be provided that the carrier plate consists of organic sheet, spring steel or plastic and/or the force transmission studs consist of elastomer and/or the load distribution plate consists of organic sheet, spring steel or plastic, preferably of polyamide with a strength carrier, preferably a glass fiber reinforcement. The hardness of the elastomer of the force transmission studs can specifically be between 30 and 85 ShA.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Reaktionskraft-Messsystem mit einer Reaktionskraft-Messplatte wie zuvor beschrieben und einer an dieser angebrachten und mit den Kraftmesssensoren signalmäßig verbundenen drahtlosen Sensorsignal-Sendeeinheit, insbesondere nach Bluetooth-Standard, sowie einer entfernt von der Reaktionskraft-Messplatte angeordneten Sensorsignal-Empfangs-, Auswertungs- und Anzeigevorrichtung, der eine mit der Sensorsignal-Sendeeinheit an die Reaktionskraft-Messplatte kommunizierende drahtlose Sensorsignal-Empfangseinheit umfasst.The present invention also relates to a reaction force measuring system with a reaction force measuring plate as described above and a wireless sensor signal transmission unit attached thereto and connected to the force measuring sensors in terms of signals, in particular according to the Bluetooth standard, as well as a sensor signal reception, evaluation and display device arranged remotely from the reaction force measuring plate, which comprises a wireless sensor signal reception unit communicating with the sensor signal transmission unit to the reaction force measuring plate.

Optional kann einer Trägerplatte auch eine Einrichtung zur Sensorsignal-Vorverarbeitung, etwa zur leichteren Übertragung mittels der Sendeeinheit, vorgesehen sein.Optionally, a carrier plate can also be provided with a device for sensor signal preprocessing, for example to facilitate transmission via the transmitting unit.

Die Sendeeinheit kann, sofern die Kraftmesssensoren auf einer Sensorträgerfolie mit entsprechenden Leiterbahnen realisiert sind, gleichfalls auf dieser Sensorträgerfolie angeordnet und über die Leiterbahnen mit den Sensoren verbunden sein.If the force measuring sensors are implemented on a sensor carrier foil with corresponding conductor tracks, the transmitting unit can also be arranged on this sensor carrier foil and connected to the sensors via the conductor tracks.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Hufschuh, ein Hufeisen oder einen Schuh, an dem eine Reaktionskraft-Messplatte wie zuvor beschrieben fixiert ist. Letztlich wird hiermit ein Hufeisen oder Hufschuh (zum Einsatz bei einem Huftier) oder ein Schuh (zum Einsatz bei Menschen) vorgeschlagen, das/der mit einer Reaktionskraft-Messplatte an der Unterseite ausgerüstet ist. Im Falle des Hufschuhs kann, je nach dessen konkreter Ausführung, die Messplatte an dessen Innenseite angeordnet und ggfs. am Huf oder Hufeisen fixiert sein. Obgleich die Erfindung vorrangig für den Einsatz bei Huftieren gedacht ist, ist es auch denkbar, die erfindungsgemäße Reaktionskraft-Messplatte für bestimmte Untersuchungen am Menschen einzusetzen, um etwa Informationen zu Rehabilitations- oder Trainingszwecken zu gewinnen. Dieser wird dann mit der erfindungsgemäßen Messplatte ausgerüstete Schuhe tragen.The present invention further relates to a hoof boot, a horseshoe or a shoe to which a reaction force measuring plate is fixed as described above. Ultimately, a horseshoe or hoof boot (for use on an ungulate) or a shoe (for use on humans) is proposed here which is equipped with a reaction force measuring plate on the underside. In the case of the hoof boot, depending on its specific design, the measuring plate can be arranged on its inside and, if necessary, fixed to the hoof or horseshoe. Although the invention is primarily intended for use on ungulates, it is also conceivable to use the reaction force measuring plate according to the invention for certain examinations on humans, for example in order to obtain information for rehabilitation or training purposes. The human will then wear shoes equipped with the measuring plate according to the invention.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

1 den Aufbau einer beispielhaften Reaktionskraft-Messplatte in einer perspektivischen Untersicht;
2 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts der 1 als Explosionsdarstellung;
3 eine Prinzipskizze einer Ausführung des erfindungsgemäßen Reaktionskraft-Messsystems, in Art eines Blockschaltbildes; und
4 eine skizzenartige Darstellung zur Anbringung der erfindungsgemäßen Reaktionskraft-Messplatte an einem Pferdehuf.

Advantages and benefits of the invention will become apparent from the description of embodiments based on the figures. These show:

1 the structure of an exemplary reaction force measuring plate in a perspective bottom view;
2 a perspective view of a section of the 1 as an exploded view;
3 a schematic diagram of an embodiment of the reaction force measuring system according to the invention, in the form of a block diagram; and
4 a sketch-like representation for attaching the reaction force measuring plate according to the invention to a horse's hoof.

Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in kartesischen Koordinaten mit einer Längsrichtung X, einer zur Längsrichtung X senkrecht ausgerichteten Querrichtung Y sowie einer sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y senkrecht ausgerichteten vertikalen Richtung Z. Die Längsrichtung X kann auch als Tiefe X, die Querrichtung Y auch als Breite Y und die vertikale Richtung Z auch als Höhe Z bezeichnet werden. Die Längsrichtung X und die Querrichtung Y bilden gemeinsam die Horizontale X, Y, welche auch als horizontale Ebene X, Y bezeichnet werden kann. Die Längsrichtung X, die Querrichtung Y und die vertikale Richtung Z können gemeinsam auch als Raumrichtungen X, Y, Z bzw. als kartesische Raumrichtungen X, Y, Z bezeichnet werden.The above figures are described in Cartesian coordinates with a longitudinal direction X, a transverse direction Y perpendicular to the longitudinal direction X and a vertical direction Z perpendicular to both the longitudinal direction X and the transverse direction Y. The longitudinal direction X can also be referred to as depth X, the transverse direction Y as width Y and the vertical direction Z as height Z. The longitudinal direction X and the transverse direction Y together form the horizontal X, Y, which can also be referred to as the horizontal plane X, Y. The longitudinal direction X, the transverse direction Y and the vertical direction Z can also be referred to together as spatial directions X, Y, Z or as Cartesian spatial directions X, Y, Z.

1 zeigt, in einer perspektivischen Untersicht, den Aufbau einer beispielhaften Reaktionskraft-Messplatte 1 mit einer geschlossen hufeisenförmigen starren Trägerplatte 3, die eine erste Oberfläche 3a und eine zweite Oberfläche 3b hat. An der ersten Oberfläche 3a sind sieben resistive Kraftmesssensoren 5 mit übereinstimmend rechteckiger Grundform mit annährend gleichen Abständen zueinander angebracht. Die freien Oberfläche jedes der Kraftmesssensoren 5 weisen nach unten in Richtung eines Untergrunds (nicht dargestellt) und somit beispielsweise vom Pferdehuf H weg. Die Kraftmesssensoren 5 können auch als Kraftsensoren 5 oder als Kraftsensorelemente 5 bezeichnet werden. 1 shows, in a perspective view from below, the structure of an exemplary reaction force measuring plate 1 with a closed horseshoe-shaped rigid carrier plate 3, which has a first surface 3a and a second surface 3b. Seven resistive force measuring sensors 5 with a matching rectangular basic shape are attached to the first surface 3a at approximately equal distances from one another. The free surface of each of the force measuring sensors 5 points downwards in the direction of a substrate (not shown) and thus, for example, away from the horse's hoof H. The force measuring sensors 5 can also be referred to as force sensors 5 or as force sensor elements 5.

Die Kraftmesssensoren 5 sind integral auf einer Sensorträgerfolie 9 realisiert, die auch Sensorsignalleitungen als Leiterbahnen (nicht dargestellt) zum Anschluss jedes Sensors trägt. Die Sensorträgerfolie 9, zusammen mit den darauf ausgebildeten Kraftmesssensoren 5, kann mit üblichen Mitteln der Leiterplattentechnologie inklusive gedruckter Elektroniken hergestellt werden, die dem Fachmann an sich bekannt sind. Die Sensorträgerfolie 9 wird mit ihrer Rückseite auf die erste Oberfläche 3a des Trägers 3 aufgebracht. Dies erfolgt mittels eines Klebstoffs bzw. mittels einer Klebstoffschicht wie beispielsweise mittels eines doppelseitigen Klebebands.The force measuring sensors 5 are integrally implemented on a sensor carrier film 9, which also carries sensor signal lines as conductor tracks (not shown) for connecting each sensor. The sensor carrier film 9, together with the force measuring sensors 5 formed thereon, can be manufactured using conventional means of circuit board technology including printed electronics, which are known to those skilled in the art. The sensor carrier film 9 is applied with its back to the first surface 3a of the carrier 3. This is done using an adhesive or using an adhesive layer, such as a double-sided adhesive tape.

Es ist ferner ein elastomeres Kraftübertragungsflächenelement 11 vorhanden, welches, ebenso wie die Sensorträgerfolie 9, etwa der Fläche der starren Trägerplatte 3 entspricht. Das elastomere Kraftübertragungsflächenelement 11 kann auch als elastomeres Druckleitelement 11 bezeichnet werden. Das elastomere Kraftübertragungsflächenelement 11 weist der starren Trägerplatte 3 bzw. der Sensorträgerfolie 9 zugewandt eine Trägerfolie (nicht dargestellt) auf, welche mit dem Kraftübertragungsflächenelement 11 durch Vulkanisation verbunden ist und ebenfalls etwa der Fläche der starren Trägerplatte 3 entspricht. Das Kraftübertragungsflächenelement 11 ist mittels der Trägerfolie mit der Sensorträgerfolie 9 ebenfalls zusammengeklebt, was durch die entsprechende Materialkombination begünstigt bzw. erreicht wird. Gleichzeitig kann durch die vulkanisierte Verbindung zwischen der Trägerfolie und dem Kraftübertragungsflächenelement 11 ein elastomeres Material für das Kraftübertragungsflächenelement 11 genutzt und dennoch mittels der Trägerfolie mit der Sensorträgerfolie 9 verklebt werden.There is also an elastomeric force transmission surface element 11 which, like the sensor carrier film 9, corresponds approximately to the area of the rigid carrier plate 3. The elastomeric force transmission surface element 11 can also be referred to as an elastomeric pressure guide element 11. The elastomeric force transmission surface element 11 has a carrier film (not shown) facing the rigid carrier plate 3 or the sensor carrier film 9, which is connected to the force transmission surface element 11 by vulcanization and also corresponds approximately to the area of the rigid carrier plate 3. The force transmission surface element 11 is also glued together with the sensor carrier film 9 by means of the carrier film, which is promoted or achieved by the corresponding material combination. At the same time, thanks to the vulcanized connection between the carrier film and the force transmission surface element 11, an elastomeric material can be used for the force transmission surface element 11 and still glued to the sensor carrier film 9 by means of the carrier film.

Auf dem elastomeren Kraftübertragungsflächenelement 11 sind mehrere elastomere Kraftübertragungsstollen 7, welche auch als elastomere Druckleitstollen 7 bezeichnet werden können, ausgebildet, welche zum Untergrund hin bzw. von den Kraftmesssensoren 5 bzw. der Sensorträgerfolie 9 weg zeigen. Dabei ist jedem Kraftmesssensor 5 genau ein Kraftübertragungsstollen 7 zugeordnet, so dass der Kraftmesssensor 5 und sein Kraftübertragungsstollen 7 deckungsgleich ausgebildet und zueinander positioniert sind. Diese Positionierung wird dadurch gewährleistet, dass die Kraftübertragungsstollen 7 einstückig mit dem elastomeren Kraftübertragungsflächenelement 11 ausgebildet sind.On the elastomeric force transmission surface element 11, several elastomeric force transmission studs 7, which can also be referred to as elastomeric pressure guide studs 7, are formed, which point towards the ground or away from the force measuring sensors 5 or the sensor carrier film 9. Each force measuring sensor 5 is assigned exactly one force transmission stud 7, so that the force measuring sensor 5 and its force transmission stud 7 are formed congruently and positioned relative to one another. This positioning is ensured by the fact that the force transmission studs 7 are formed in one piece with the elastomeric force transmission surface element 11.

Entlang der vertikalen Achse Z dem Kraftübertragungsflächenelement 11 abgewandt und in der Horizontalen X, Y parallel dazu ist eine steife Lastverteilplatte 13 angeordnet, welche an den Kraftübertragungsstollen 7 anliegt. Somit kann einer Kraftübertragung vom Boden über die steife Lastverteilplatte 13 auf die Kraftübertragungsstollen 7 erfolgen, wodurch die Lasten ohne Kraftnebenschlüsse auf die Kraftmesssensoren 5 wirken können. Die steife Lastverteilplatte 13 ist als Organoblech aus Polyamid mit Glasfaserverstärkung realisiert.A rigid load distribution plate 13 is arranged along the vertical axis Z, facing away from the force transmission surface element 11 and parallel to it in the horizontal X, Y, which rests against the force transmission studs 7. This allows force to be transmitted from the ground via the rigid load distribution plate 13 to the force transmission studs 7, whereby the loads can act on the force measuring sensors 5 without force shunts. The rigid load distribution plate 13 is made of an organic sheet made of polyamide with glass fiber reinforcement.

Es ist ferner ein erstes, äußeres Schutzelement 15a vorgesehen, welches aus einem elastomeren Material ausgebildet ist und von der Kante bzw. vom Rand des Trägers 3 an die Sensorträgerfolie 9 und das Kraftübertragungsflächenelement 11 randseitig sowie die steife Lastverteilplatte 13 flächig umschließt. Hierdurch werden die Sensorträgerfolie 9 samt Kraftmesssensoren 5und das Kraftübertragungsflächenelement 11 samt Kraftübertragungsstollen 7 nach außen abgeschlossen und damit vor äußeren Einflüssen geschützt.Furthermore, a first, outer protective element 15a is provided, which is made of an elastomeric material and encloses the sensor carrier film 9 and the force transmission surface element 11 from the edge or from the rim of the carrier 3 to the edge as well as the rigid load distribution plate 13. As a result, the sensor carrier film 9 including the force measuring sensors 5 and the force transmission surface element 11 including the force transmission studs 7 are sealed off from the outside and thus protected from external influences.

Es ist des Weiteren ein zweites, inneres Schutzelement 15b vorgesehen, welches sich in der entgegengesetzten Richtung an den Rand des ersten, äußeren Schutzelements 15a anschließt und den Träger 3 wie zuvor beschrieben auf der Rückseite umschließt und schützt.Furthermore, a second, inner protective element 15b is provided, which adjoins the edge of the first, outer protective element 15a in the opposite direction and encloses and protects the carrier 3 on the back as previously described.

Zur Verbindung der Reaktionskraft-Messplatte 1 mit dem Huf des Wirbeltiers oder mit einem ggfs. dazwischenliegenden weiteren Element hat die Trägerplatte in der gezeigten Ausführung Löcher 3c (nur in der 1 dargestellt), in die beispielsweise Hufnägel eingeschlagen werden können oder eine Schraube eingesetzt werden kann.To connect the reaction force measuring plate 1 with the hoof of the vertebrate or with another element in between, the carrier plate in the shown version has holes 3c (only in the 1 shown), into which, for example, horseshoe nails can be hammered or a screw can be inserted.

Die Kraftmesssensoren 5 sind mittels der Sensorsignalleitungen in gedruckter Form kontaktiert und auslesbar, wie weiter unten näher beschrieben wird. Hierzu ist ein Anschlusselement 16 in Form eines Steckerabgangs 16 vorgesehen, welcher in einem Stecker 16a endet. Der Steckerabgang 16 sowie ein innenliegender Teil des Steckers 16a werden von einem Kabelschutz 16b umschlossen und hierdurch vor äußeren Einflüssen geschützt.The force measuring sensors 5 are contacted and readable by means of the sensor signal lines in printed form, as described in more detail below. For this purpose, a connection element 16 in the form of a plug outlet 16 is provided, which ends in a plug 16a. The plug outlet 16 and an internal part of the plug 16a are enclosed by a cable protection 16b and are thus protected from external influences.

3 ist eine Prinzipskizze eines Reaktionskraft-Messsystems 17, welches insbesondere mit einer Reaktionskraft-Messplatte nach einer der 1 bis 2 gebildet sein kann. Die Darstellung hat die Form eines Funktions-Blockschaltbildes und ist nicht dazu bestimmt, die genaue konstruktive Realisierung der Systemkomponenten zu zeigen. 3 is a schematic diagram of a reaction force measuring system 17, which in particular is provided with a reaction force measuring plate according to one of the 1 to 2 The representation has the form of a functional block diagram and is not intended to show the exact constructive realization of the system components.

Das Reaktionskraft-Messsystem 17 umfasst neben den bereits in den 1 bis 2 gezeigten Kraftmesssensoren 5 mit ihren Sensorsignalleitungen eine Sensorsignal-Vorverarbeitungseinheit 19, die über die Sensorsignalleitungen mit den Kraftmesssensoren 5 verbunden ist und dazu dient, eine für eine Signalübertragung nach extern vorteilhafte Vorverarbeitung und Formatierung der Sensorsignale zu bewirken. Ausgangsseitig ist die Sensorsignal-Vorverarbeitungseinheit 19 mit einem drahtlosen Sensorsignalsender 21 verbunden, der etwa nach dem Bluetooth-Standard, je nach Anwendungsfall aber auch nach einem anderen Standard der drahtlosen Nachrichtenübertragung, arbeiten kann. Den vorstehend genannten Komponenten ist eine Energiequelle 23 zugeordnet, bei der es sich im einfachsten Falle um eine handelsübliche Primärzelle oder auch einen Akku handelt. Im Falle der Verwendung eines Akkus kann diesem eine (in der Figur nicht dargestellte) Ladebuchse zum Wiederaufladen im eingebauten Zustand zugeordnet sein.The reaction force measuring system 17 comprises, in addition to the already 1 to 2 shown force measuring sensors 5 with their sensor signal lines, a sensor signal pre-processing unit 19, which is connected to the force measuring sensors 5 via the sensor signal lines and serves to effect pre-processing and formatting of the sensor signals that is advantageous for external signal transmission. On the output side, the sensor signal pre-processing unit 19 is connected to a wireless sensor signal transmitter 21, which can work according to the Bluetooth standard, for example, but depending on the application, also according to another standard of wireless message transmission. The above-mentioned components are assigned an energy source 23, which in the simplest case is a commercially available primary cell or a rechargeable battery. If a rechargeable battery is used, this can be assigned a charging socket (not shown in the figure) for recharging when installed.

Alle oben genannten Komponenten sind vorteilhafterweise an der Reaktionskraft-Messplatte 1, und insbesondere geschützt in deren Innerem, angeordnet und werden hier als Huf-Komponente 25 bezeichnet. Speziell können die Funktionseinheiten der Huf-Komponente 25 sämtlich auf der Sensorträgerfolie 9 realisiert sein.All of the above-mentioned components are advantageously arranged on the reaction force measuring plate 1, and in particular protected in its interior, and are referred to here as hoof component 25. In particular, the functional units of the hoof component 25 can all be realized on the sensor carrier film 9.

Die Huf-Komponente 25 steht über den Sensorsignalsender 21 beim Einsatz des Systems in drahtloser Signalverbindung mit einer Sensorsignal-Empfangs-, Auswertungs- und Anzeigevorrichtung 27, die entfernt vom zu untersuchenden Tier (oder Menschen) platziert ist. Die Vorrichtung 27 umfasst einen drahtlosen Sensorsignalempfänger 29, der zur Kommunikation mit dem Sensorsignalsender 21 an der Huf-Komponente 25 konfiguriert ist und der die empfangenen Signale einer Signalauswertungseinheit 31 zuführt, wo sie eine Auswertung gemäß einem in einem Programmspeicher 33 gespeicherten Programm unterzogen werden.When the system is in use, the hoof component 25 is in wireless signal connection via the sensor signal transmitter 21 with a sensor signal receiving, evaluation and display device 27, which is placed away from the animal (or human) to be examined. The device 27 comprises a wireless sensor signal receiver 29, which is configured to communicate with the sensor signal transmitter 21 on the hoof component 25 and which feeds the received signals to a signal evaluation unit 31, where they are subjected to an evaluation according to a program stored in a program memory 33.

Eine Anzeigeeinheit 35 schließlich dient zur Darstellung der Auswertungsergebnisse, beispielsweise für einen Reiter bzw. Besitzer sowie Therapeuten oder Trainer. Die Komponenten der Sensorsignal-Empfangs-, Auswertungs- und Anzeigevorrichtung können beispielsweise in einem Notebook, Tablet oder Smartphone mit einer geeigneten Auswerte-App realisiert sein. Finally, a display unit 35 is used to display the evaluation results, for example for a rider or owner as well as a therapist or trainer. The components of the sensor signal reception, evaluation and display device can be implemented, for example, in a notebook, tablet or smartphone with a suitable evaluation app.

4 zeigt beispielhaft eine Möglichkeit des Einsatzes der erfindungsgemäßen Reaktionskraft-Messplatte 1, und zwar platziert im Inneren eines Hufschuhs 37 eines handelsüblichen Typs, der an einem Huf H eines Pferdes angebracht wird. Beim gezeigten Beispiel wird die Reaktionskraft-Messplatte 1 - je nach Konstruktion des Hufschuhs - temporär mit einem geeigneten, wiederablösbaren Kleber bzw. Haftmittel am Fuß fixiert und dann der Hufschuh 37 darüber gestreift, oder es wird die Reaktionskraft-Messplatte 1 in den Hufschuh eingelegt und dieser anschließend am Huf fixiert. 4 shows an example of a possible use of the reaction force measuring plate 1 according to the invention, namely placed inside a hoof shoe 37 of a commercially available type, which is attached to a horse's hoof H. In the example shown, the reaction force measuring plate 1 - depending on the design of the hoof shoe - is temporarily fixed to the foot with a suitable, removable adhesive or bonding agent and then the hoof shoe 37 is slipped over it, or the reaction force measuring plate 1 is placed in the hoof shoe and this is then fixed to the hoof.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele und erwähnten Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Schutzbereich der anhängenden Ansprüche liegen.The embodiment of the invention is not limited to the examples and aspects described above, but is also possible in a variety of modifications that lie within the scope of the appended claims.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)List of reference symbols (part of the description)

HH: Huf bzw. Pferdehuf hoof or horse's hoof
XX: Längsrichtung; Tiefelengthwise; depth
YY: Querrichtung; Breitetransverse direction; width
ZZ: vertikale Richtung; Höhevertical direction; height
X, YX, Y: Horizontalen; horizontale Ebene horizontal; horizontal plane
11: Reaktionskraft-Messplattereaction force measuring plate
33: Trägerplattecarrier plate
3a3a: erste Oberflächefirst surface
3b3b: zweite Oberflächesecond surface
3c3c: Öffnungenopenings
55: Kraftmesssensorforce sensor
77: (elastomere) elastische Kraftübertragungsstollen; (elastomere) elastische Druckleitstollen(elastomeric) elastic force transmission tunnels; (elastomeric) elastic pressure guide tunnels
99: Sensorträgerfoliesensor carrier film
1111: (elastomeres) Kraftübertragungsflächenelement; (elastomeres) Druckleitelement(elastomeric) force transmission surface element; (elastomeric) pressure guide element
1313: Lastverteilplatteload distribution plate
15a15a: erstes, äußeres Schutzelementfirst, outer protective element
15b15b: zweites, inneres Schutzelementsecond, inner protective element
1616: Anschlusselement; Steckerabgangconnection element; plug outlet
16a16a: SteckerPlug
16b16b: Kabelschutzcable protection
1717: Reaktionskraft-Messsystemreaction force measuring system
1919: Sensorsignal-Vorverarbeitungseinheitsensor signal preprocessing unit
2121: drahtloser Sensorsignalsenderwireless sensor signal transmitter
2323: Energiequelleenergy source
2525: Huf-Komponentehoof component
2727: Sensorsignal Sensorsignal-Empfangs-, Auswertungs- und AnzeigevorrichtungSensor signal Sensor signal receiving, evaluation and display device
2929: drahtloser Sensorsignalempfängerwireless sensor signal receiver
3131: Signalauswertungseinheitsignal evaluation unit
3333: Programmspeicherprogram memory
3535: Anzeigeeinheitdisplay unit
3737: Hufschuhhoof boot

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102011016344 A1 [0005]
US 2020319044 A1 [0006]
DE 1020212117953 [0007, 0009, 0030]

Claims

Reaction force measuring plate (1) for detecting the ground reaction force distribution over the ground contact surface of the foot of an ungulate or the foot of a human when it steps on the ground, with a preferably rigid carrier plate (3) with a first surface (3a) facing the ground during use and an opposite second surface (3b) facing the hoof or foot, a plurality of flat force measuring sensors (5) fixed in a fixed position on the first surface (3a) of the carrier plate (3), a plurality of elastic force transmission studs (7), in particular a plurality corresponding to the plurality of force measuring sensors (5), which are fixed to the free surfaces of the force measuring sensors (5), and at least, preferably exactly, one rigid load distribution plate (13) which is arranged parallel to the carrier plate (3) and facing away from the carrier plate (3) on the elastic force transmission studs (7) and facing the ground, or vice versa.

Reaction force measuring plate (1) according to claim 1 , further comprising at least one first protective element (15a) which seals off at least the carrier plate (3) and the load distribution plate (13) together with the force measuring sensors (5) and force transmission studs (7) located therebetween from the environment at least at the edges, preferably over the entire surface relative to the ground.

Reaction force measuring plate (1) according to claim 2 , further comprising at least one second protective element (15b) which closes off at least the carrier plate (3) facing away from the force measuring sensors (5) at least at the edge, preferably over the entire surface, from the environment.

Reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims, further comprising at least one, preferably elastomeric, force transmission surface element (11) which is fixed in a fixed position to the force measuring sensors (5) parallel to the carrier plate (3) and facing away from the first surface (3a), wherein the elastic force transmission studs (7) are fixed to the free surface of the force transmission surface element (11) directly opposite exactly one of the force measuring sensors (5).

Reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims, wherein the carrier plate (3) has the shape of a closed horseshoe, circular ring or U or polygon, in particular with a recess in the central region.

Reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims, wherein the force measuring sensors (5) together with associated sensor signal lines and optionally power supply lines are realized on a continuous sensor carrier film (9) which is fixed in particular on the first surface (3a) of the carrier plate (3).

Reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims, wherein the force measuring sensors (5) or the sensor carrier film (9) are glued to the carrier plate (3) and/or the force transmission studs (7) are glued to the force measuring sensors (5).

Reaction force measuring plate (1) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the force measuring sensors (5) or the sensor carrier film (9) are detachably attached to the carrier plate (3) and/or the force transmission studs (7) are detachably attached to the force measuring sensors (5), in particular inserted into suitable guides.

Reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims, wherein the effective area of the force measuring sensors (5) is in the range between 0.5 cm2 and 10 cm2, in particular 2 cm2 and 5 cm2.

Reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims, wherein all force measuring sensors (5) are substantially rectangular in shape and have the same geometric shape and effective area.

Reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims, wherein the force measuring sensors (5) are resistive-dielectric sensors, which in particular comprise a first conductive layer, on this a dielectric layer which is surrounded and delimited by a spacer determining the shape of the force measuring sensor (5), and on the dielectric layer and the spacer a second conductive layer.

Reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims, wherein the carrier plate (3) consists of organic sheet, spring steel or plastic and/or the force transmission studs (7) of elastomer and/or the load distribution plate (13) of organic sheet, spring steel or plastic, preferably of polyamide with a strength carrier, preferably a glass fiber reinforcement.

Reaction force measuring system (17), with a reaction force measuring plate (1) according to one of the preceding claims and a wireless sensor signal transmission unit (21) attached thereto and connected to the force measuring sensors, in particular according to the Bluetooth standard, as well as a corresponding a sensor signal receiving, evaluation and display device (27) arranged remotely from the reaction force measuring plate, which comprises a wireless sensor signal receiving unit (29) communicating with the sensor signal transmitting unit to the reaction force measuring plate.

Reaction force measuring system according to claim 13 , wherein the wireless sensor signal transmitting unit (21) is arranged on the sensor carrier film (9) fixed to the first surface of the carrier plate (3a).

Hoof shoe (37), horseshoe or shoe, on which a reaction force measuring plate (1) according to one of the Claims 1 until 12 is fixed.