Wegsensoren Matratzentest sorgt für entspannten Schlaf

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Weg- und Winkelsensoren unterschiedlicher Funktionsprinzipien werden in vielen Anwendungen eingesetzt. Selbst in eher ungewöhnlichen Applikationen bewähren sie sich als unersetzliche Helfer. So beispielsweise bei der vergleichenden Prüfung von Matratzen.

Gut 30 Prozent seines Lebens verschläft der Mensch. Es ist also wichtig, worauf man liegt. Die Forschungsgruppe Industrieanthropologie der Christian-Albrechts-Universität in Kiel untersucht deshalb, wie die individuell passende Matratze aussehen könnte. Insgesamt sechs Stationen umfasst der Prüfumfang, bei dem von den Stabilisierungseigenschaften über die Dauerbelastung bis zur Befragung von Probandinnen und Probanden nach Matratzeneigenschaften gesucht wird, die einen entspannten Schlaf beeinträchtigen können.

Liegeeigenschaften im Test

Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Prüfung der Liegeeigenschaften, also wie die Matratze den Körper abstützt. Die Matratze muss diese Funktion übernehmen, da die Muskulatur beim Schlafen erschlafft und somit Wirbelsäule, Becken oder auch Schulter nicht stützen kann. „Deshalb gilt es die reale sphärische Veränderung der Matratzenoberfläche während des Liegens zu registrieren“, erläutert Laborleiter Norbert Vogt. Je nach Statur ergeben sich dabei deutliche Unterschiede. Ein schwerer Proband, der gerne auf der Seite schläft, braucht eine andere Unterstützung als ein leichterer, der die Rückenlage bevorzugt.

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Bevor getestet wird, ob eine Person zu einer bestimmten Matratze passt, wird deren Wirbelsäulen-Ausformung und Krümmung bestimmt, die sogenannte Kurvatur. „Wir benutzen dafür meist ein Kypholordosometer“, fährt Nobert Vogt fort. „Mit diesem Gerät können wir die gesamte Wirbelsäule erfassen, vom Kopf über den Halsbereich, zur sogenannten Brustkyphose und der Lendenlordose bis hin zum Steißbein.“ An einem stabilen Gestell sind dazu viele kleine Metallstifte angeordnet. Die werden an die Wirbelsäule der Testperson herangeschoben, so dass sich deren Silhouette abzeichnet. Das Bild der Kurvatur wird dann fotografiert und metrisch ausgewertet.

„Inzwischen arbeiten wir an dieser Stelle auch lasergestützt, beim anschließenden Liegetest bringt uns diese Technik aber nicht weiter weil der Laser nicht durch die Matratze dringt“, ergänzt der Laborleiter.

Passende Sensorik für das Testbett

Was im Stehen vermessen wurde, wird anschließend mit der liegenden Wirbelsäule verglichen. Dafür wird ein Mess-Bett eingerichtet: Auf ein Hochgestell legen die Industrieanthropologen dazu eine der neuen Matratzen, die getestet werden sollen. Darunter werden Sensoren in einer Linie angebracht, deren Signale in einem Rechner verarbeitet werden. Legt sich nun der Proband auf die Matratze, verformt sich deren Oberfläche und die Sensoren erfassen die Tiefe des Einsinkens.

An den insgesamt drei Messbetten der Universität Kiel sind dazu jeweils bis zu 36 lineare potentiometrische Wegaufnehmer der Baureihe LWH oder TLH vom Sensorikspezialisten Novotechnik im Einsatz. Die Sensoren sind für einen Verfahrbereich bis 150 mm bzw. 225 mm ausgelegt. Der Laborleiter erklärt: „Bei europäischen Matratzen genügt in der Regel der kleinere Messbereich, um bei einem Menschen in Rückenlage die Einsinktiefe zu messen. Bei Matratzen aus den USA ist das anders. Sie sind oft dicker und weicher. Bei den beiden neueren Testbetten haben wir die Sensorik deshalb für Einsinktiefen bis 225 mm ausgelegt.“

Potentiometrische Wegsensoren mit geringem Losbrechmoment

Für die Auswahl der Wegsensoren sprachen viele Gründe: Die Wegsensoren auf Potentiometerbasis sind ausgelegt für die direkte, genaue Messung von Wegen in der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, wovon die Matratzentester ebenfalls profitieren. „Überzeugt hat uns zudem das geringe Losbrechmoment beim Start der Messung“, betont Norbert Vogt. „Die Sensoren reagieren damit sehr feinfühlig auf kleinste Veränderungen der Liegeposition des Probanden“. Hinzu kommen die einfache Montage und ein durchdachter mechanischer Aufbau.

Die schubstangenlose Ausführung bei den TLH-Typen erlaubt eine längsseitige Ankopplung und reduziert so das Einbaumaß. Zusätzlich vermeidet diese Bauform den Pumpeffekt von Schubstangen-Wegsensoren und ermöglicht auch weitaus größere Messlängen bis zu 3.000 mm. Ein magnetisch gehaltenes Stahlband sorgt für spaltfreie Abdeckung des Sensorinneren. Die Anlenkung der Betätigungskraft über eine Kugelkupplung vermeidet Querkräfte auf die Gleitschlittenlagerung, die sonst bei Parallel- oder Winkelversatz auftreten würden. Die Befestigung durch Spannklammern erlaubt es, die Einbaulage fein zu justieren.