DE10149952A1

DE10149952A1 - Zwischenlage zur Verbesserung des Tragekomforts von am Körper getragenen Gebrauchsgegenständen

Info

Publication number: DE10149952A1
Application number: DE10149952A
Authority: DE
Inventors: Andreas Richter; Karl-Friedrich Arndt; Thomas Schmidt; Michael Koernert; Daniel Weber
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-11
Also published as: DE10149952C2; US20050038368A1; WO2003032875A1; EP1392203A1

Abstract

Zwischenlage (2) zur Verbesserung des Tragekomforts von am Körper getragenen Gebrauchsgegenständen mit mindestens einer Komponente aus einem temperatursensitiven Gel, welche durch den Einfluß der Körper- bzw. Hauttemperatur des Trägers aktiv eine fortwährende Veränderung der Kontaktstellen der Gebrauchsgegenstände mit dem Körper des Trägers bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwischenlage zur Verbesserung des Tragekomforts von am Körper getragenen Gebrauchsgegenständen.
Besonders bei Gebrauchsgegenständen, die oft und über längere Zeit am Körper eines Menschen oder Tieres getragen werden, treten an den Berührungsstellen mit dem Körper durch Druck beanspruchte Stellen auf, welche durch die Befestigungsvorrichtungen, das Eigengewicht des Gebrauchsgegenstandes, der Wechselwirkungen zwischen Körper und Gebrauchsgegenstand oder ähnliches erzeugt werden. Durch die individuelle, unebene Körperform ergibt sich an den Kontaktstellen eine ungleichmäßige Druckverteilung, die zu einem verringertem Tragekomfort und zur Beeinträchtigung des Wohlbefindens des Trägers, z. B. in Form von lokalen Rötungen, Druck- und Scheuerstellen, Blasen, Entzündungen sowie Schmerzen, führen. Eine typische Reaktion eines Trägers ist die temporäre Entlastung der Druckstelle, so zum Beispiel das Versetzen eines Tragriemens, Verschieben oder Abnehmen der Brille, die Veränderung der Körperhaltung oder ähnliches. Bei der Anwendung von fixierten Gebrauchsgegenständen, wie zum Beispiel Bandagen, ist dies allerdings nicht möglich.
Diesem Problem wurde bisher technisch mit der Verwendung von Polstermedien, wie Schaumstoffen, Gummi, Flüssigkeiten oder Luft begegnet, um eine Weichlagerung zu ermöglichen.
Bei dem Einsatz von Schaumstoff, Gummi oder ähnlichem wird bei den unebenen Körperkonturen die Auflagefläche erhöht, es wird eine verbesserte Anpassung an die Konturen und eine Minderung der punktuellen Belastung erreicht. Zusätzlich wirkt der Gummi als Dichtung, was bei bestimmten Anwendungen erforderlich ist.
So wird in EP 0 852 935 A1 eine Möglichkeit beschrieben, Bandagen durch verbesserte Formanpassung an ein Körperteil verbessert tragbar zu gestalten. Dazu wird das Bandagenmaterial durch thermisches Verformen an die spezielle anatomische Form durch Positiv- oder Negativformen nachgebildet. Damit können störende Verbindungsstellen vermieden werden. Als Material werden Werkstoffe mit thermoplastischen Charakter wie Vliesstoffe, Gewebe/Gewirke/Gestricke sowie folienartige Kunststoffe mit geringer Steifigkeit, wie z. B. LDPE/Schaumstoff, eingesetzt.
Der individuelle anatomische Abdruck besitzt jedoch den Nachteil der nur einmaligen, personengebundenen Verwendbarkeit oder bei Standardformen der bedingten Passgerechtheit.
Eine weiter verbesserte Druckverteilung und Formanpassung besonders für Gegenstände, die den Stützapparat des Menschen betreffen, wird durch den Einsatz von Gelen als Polstermedium erreicht.
DE 298 16 352 U1 behandelt einen Einsatz von Beuteln mit Gelfüllung für Einlegeschuhsohlen. Durch den Einsatz von schweißbaren hochreißfesten Kunststofffolien wird eine entsprechende Druckbelastbarkeit und Kälteunempfindlichkeit der Einlegeschuhsohlen gewährleistet.
DE 200 11 334 U1 befaßt sich ebenfalls mit dem Einsatz eines Gelkissens als Dämpfungselement in einer Einlegesohle.
Für Arbeitsschutzschuhe wird in EP 0 774 219 A1 der Einsatz von Gel-Kissen als Dämpfungselement beschrieben.
In WO 96 28 057 wird eine Schuhsohle mit einem besonderen Aufbau beschrieben, der auf der Grundlage des Einsatzes von Gelen eine verbesserte Formanpassung ermöglicht. Das Prinzip basiert auf einer Sandwichstruktur der Schuhsohle, bestehend aus einer Außen- einer Innen- und einer Zwischenschicht. Die Zwischenschicht besteht aus zwei Gelarten. Die erste Gelart mit viskoelastischen Eigenschaften ist z. B. ein Polyurethangel. Die zweite, darunter angeordnete Gelart ist ein temperatursensitives Gel mit Lower Critical Solution Temperature- Verhalten. Durch die Einwirkung der Fußtemperatur wird dieses Gel erwärmt und passt sich der Fußform des Trägers durch lokales Quellen bzw. Entquellen beim Tragen allmählich an.
Alle genannten gelbasierten Gebrauchsgegenstände beruhen im Vermeiden von lokalen Druckspitzen durch Ausnutzen der besonderen viskoelastischen Eigenschaften von Gelen, die eine sehr gute Körperanpassung und Druckverteilung gewährleisten. Ihr wesentlicher Nachteil besteht in der ausschließlichen Nutzung des Prinzips der Weichlagerung. Das Problem der permanenten Belastung von immer derselben Kontaktstelle bleibt ungelöst.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zwischenlage für einen optimalen Tragekomfort von intensiv genutzten, am Körper getragenen Gebrauchsgegenständen für Menschen oder Tiere zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben.
Die Erfindung betrifft Anwendungen, welche auf dem Effekt einer aktiven Umlagerung mit Hilfe von an sich bekannten, temperatursensitiven Gelen beruhen. Temperatursensitive Gele ordnen sich in die Klasse der sogenannten smarten Gele ein. Die besondere Eigenart smarter Gele besteht darin, dass sie Ihre Eigenschaften, insbesondere ihr Volumen bzw. ihren Quellungsgrad, bei geringen Änderungen einer bestimmten Umgebungsgröße durch ihr Phasenübergangsverhalten reversibel ändern. Das jeweils vom smarten Gel eingestellte Quellungsgleichgewicht läßt sich einer bestimmten Quantität der Umgebungsgröße zuordnen. Für die Erfindung sind temperatursensitive Gele mit einem Lower Critical Solution Temperature (LCST)-Verhalten relevant. Gele mit LCST-Charakteristik sind bei Temperaturen unterhalb der Phasenübergangstemperatur gequollen und entquellen bei Überschreiten der Phasenübergangstemperatur.
Erfindungsgemäß wird dieses Verhalten für eine aktive Zwischenlage mit mindestens einer Komponente aus temperatursensitiven Gelen zur Verbesserung des Tragekomforts von am Körper getragenen Gebrauchsgegenständen genutzt. Trägt der Träger den Gebrauchsgegenstand am Körper, kommt es durch den direkten Kontakt an den Berührungsstellen zur Übertragung der Haut- bzw. Körpertemperatur auf die Zwischenlage mit temperatursensitivem Gel. Liegt die Phasenübergangstemperatur etwas unterhalb der Haut- bzw. Körpertemperatur, wird die Phasenübergangstemperatur des Gels überschritten und es entquillt lokal an dieser Stelle. Dies führt zum Ausbilden neuer lokaler Kontaktstellen und zu einer Entlastung der alten Stelle. Im Extremfall kann diese hohlgelagert sein. An den neuen Kontaktstellen wiederholt sich dieser Vorgang, während die alte Kontaktstelle sich infolge der verminderten Wärmeübertragung wieder abkühlt und bei Unterschreiten der Phasenübergangstemperatur wieder quillt. Temperatursensitive Gele besitzen selbstverständlich auch die vorteilhaften viskoelastischen Eigenschaften "normaler" Gele und garantieren deshalb ebenfalls eine sehr gute Weichlagerung.
Die permanente Umlagerung der lokalen Kontaktstellen ist ein geringdynamischer Prozeß, so dass der Träger diesen Effekt nicht bemerkt. Je nach Anwendung kann die optimale Umlagerungszeit zwischen 30 s und 2 h liegen. Größere Zeiten sind zu vermeiden, da dann bei Überschreiten des kapillaren Verschlußdruckes mit dem Ausbilden schmerzhafter Druckstellen zu rechnen ist. Der erwünschte sanftdynamische Umlagerungseffekt tritt bei zweischichtigen Zwischenlagen jedoch nur dann ein, wenn die Schicht mit dem temperatursensitiven Gel körperseitig angeordnet ist und die Körperwärme ungehindert oder nahezu ungehindert das Gelverhalten steuern kann.
Die Lage der Phasenübergangstemperatur der eingesetzten temperatursensitiven Gele ist abhängig von der Körperregion, in welcher die Zwischenlage eingesetzt werden soll, da der Körper typische Isothermen für die verschiedenen Körperteile besitzt.
Die Zwischenlage ist erfindungsgemäß Teil eines Gebrauchsgegenstandes, der in ständigem Gebrauch des Trägers ist, wie beispielsweise Prothesen, Hörgeräten, Brillen, Uhren, Perücken, Gebissersatz oder dauerhaft zu tragende orthopädischen Hilfsmitteln oder lediglich zeitweise oder zeitweilig, wie beispielsweise Schienen, Orthesen, Gipsverbänden, Wundverbänden, Bandagen und Stützgürtel, Kompressen, Stützstrümpfe, Stützstrumpfhosen, orthopädischen Einlagen, Stützkorsetts.
Ein Anwendungsgebiet der Zwischenlage ist der Bereich des Arbeits-, Gesundheits- und Unfallschutzes, beispielsweise bei Schutzmasken, Schutzhelmen, Schutzbrillen, Schutzhandschuhen, Gelenkschützern und Schuhwerk.
Ein anderes Anwendungsgebiet der Zwischenlage sind Riemen, beispielsweise Halteriemen, Zugriemen, Tragriemen, selbstverständlich auch für Tiere, Bänder, Griffe, Träger oder Stützen eines Kleidungsstückes oder eines sonstigen zu tragenden Gebrauchsgegenstandes. Beispiele sind der Tragriemen oder die Stütze eines Rucksackes, der Griff eines Koffers oder eines Fahrrades, das Halteband oder die Einlage eines Büstenhalters.
Ein anderes Beispiel ist die Anwendung der Zwischenlage in der invasiven Medizin, beispielsweise bei Kathedern, Ports, Atemröhren, Implantaten.
Ein anderes Beispiel ist die Anwendung der Zwischenlage bei Reittiersätteln, wobei eine temperatursensitive Schicht sowohl reittierseitig als auch reiterseitig angeordnet sein kann. Ebenso ist eine Zwischenlage fahrerseitig auf Zweiradfahrzeugsätteln nützlich.
Die Erfindung soll an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen in Körperkontakt stehenden Gebrauchsgegenstand mit einer erfindungsgemäßen Zwischenlage in verschiedenen Arbeitsphasen,
Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau eines Gebrauchsgegenstandes mit Zwischenlage,
Fig. 3 einen Brillenbügel,
Fig. 4 den Teil eines Innenohrhörgerätes und
Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau eines Schutzhelms.
Ein in Fig. 1a nicht näher dargestellter Gebrauchsgegenstand 3, beispielsweise ein Innenkopfhörer, ist mit einer Zwischenlage 2, die ein temperatursensitives Gel, z. B. Poly(N-Isopropylacrylamid), enthält, beschichtet. Der Verbund aus Innenohrkopfhörer 3 und Zwischenlage 2 kann zweckmäßig eine Standardform aufweisen, welche grob der Anatomie der Ohrmuschel und des Gehörgangs seines Trägers angepaßt ist. Beim Tragen befindet er sich in Kontakt mit dem Körperteil 1 des Trägers, also im Beispiel des Innenohrs und der Ohrmuschel. Durch die nicht ideale Paßform des Verbundes an das Körperteil 1 wird die Kontaktstelle lokale Bereiche besitzen, an denen die eigentlichen Berührungsstellen liegen. An diesen Berührungsstellen treten z. B. durch die Eigengewichtskraft des Innenohrkopfhörers verursachte Drücke p₁ und p₂ auf, welche die Haut des Körperteils 1 beanspruchen. Wird die Körpertemperatur des Körperteils 1 lange genug auf die Zwischenlage 2 übertragen (Fig. 1b), wird das Gel der Zwischenlage 2 an den direkten Berührungsstellen über seine Phasenübergangstemperatur von beispielsweise 34°C erwärmt und entquillt lokal an diesen Stellen. Wie Fig. 1c zeigt, werden dadurch die alten Berührungsstellen entlastet (im Extremfall durch Hohllagerung) und es bilden sich neue Berührungsstellen aus, an denen dann die Drücke p₃, p₄ und p₅ auftreten. Nach einiger Zeit kühlen sich die alten Berührungsstellen wieder unter ihre Phasenübergangstemperatur ab und quellen. An den neuen Berührungspunkten hingegen wiederholt sich der beschriebene Vorgang.
Die Zwischenlage 2 bietet besonders für die in den Ansprüchen 2 bis 6 genannten Einsatzgebiete eine zweckmäßige und attraktive Erhöhung des Trage- und Nutzungskomforts. Sie sind jedoch keineswegs erschöpfend behandelt, da sich der Einsatz der Zwischenlage auch für viele weitere Anwendungen empfiehlt.
Die Zwischenlage 2 hat den in Fig. 2 dargestellten prinzipiellen Aufbau. Sie ist von einer Umhüllung 4 umschlossen, die aus einem dünnen, körperverträglichen und den mechanischen Beanspruchungen genügenden Material hergestellt. Sie kann neben Elasten auch textile Komponenten enthalten, da entsprechend dünne Materialien die notwendigen Wärmeübertragung nicht nachhaltig beeinträchtigen. Auf der dem Körper des Trägers zugewandten Seite folgt die aktive Lage 5 der Zwischenlage 2, die aus temperatursensitivem Gel, z. B. Polyvinylmethylether, besteht. Diese aktive Lage 5 kann vor allem für sehr große Zwischenlageflächen aus Gründen von Effekten der Wärmekapazität gekammert sein, so daß die lokale Erwärmung von einer oder wenigen Kammern möglich ist. Auf eine Kammerung kann bei Flächen, die kleiner als 1 cm² sind, verzichtet werden, da hier Wärmekapazitätseffekte von untergeordneter Bedeutung sind. Die aktive Lage 5 ist so zu gestalten, daß sich das bei einer lokalen Entquellung freiwerdende Wasser innerhalb des vorgesehenen Raumes verteilen kann.
Vor allem für sehr großflächige Anwendungen kann der auf den viskoelastischen Geleigenschaften beruhende Weichlagerungseffekt durch eine zusätzliche Schicht 6, die aus "normalen" Gelen, wie z. B. Polyurethan-Gel, besteht, verstärkt werden. Diese nicht temperatursensitive Schicht 6 der aktiven Zwischenlage 2 befindet sich auf der dem Körperteil abgewandten Seite der Zwischenlage 2.
Die aktive Zwischenlage 2 nach Fig. 2 kann z. B. aus Platzgründen auch ohne die zusätzliche Schicht 6 ausgebildet sein.
Im Beispiel nach Fig. 3 wird die mechanische Stabilität der aktiven Zwischenlage 2 durch ein Bügelteil 7 einer Brille gewährleistet. Der Bügelteil 7 ist von der aktiven Zwischenlage 2 im Bereich der Druckstellen mit dem Kopf des Trägers umhüllt. Weitere Druckstellen sind beispielsweise bei Brillen im Nasenbereich, zu finden. Auch diesbezügliche Gestellteile einer Brille für die Nasenflügel oder den Nasenrücken können entsprechend mit einer aktiven Zwischenlage 2 ausgestattet sein.
In Fig. 4 ist schematisiert ein Schnitt durch einen Innenohrkopfhörerteil dargestellt. Das Gehäuse 8 ist wiederum mit einer aktiven Zwischenlage 2 umhüllt und gibt mechanische Stabilität. Der Leerraum 9 dient der Aufnahme der Lautsprechereinheit. Selbstverständlich kann die aktive Zwischenlage 2 anatomisch vorgeformt sein.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Schutzhelm, beispielsweise einen Fahrradhelm. Der Schutzhelm ist aus einer mechanisch stabilen Hülle 10, einer inaktiven Polsterung 11 und einer kopfseitigen aktiven Zwischenlage 2 aufgebaut. Durch eine aktive Formanpassung ergeben sich eine verbesserte Formanpassung, ein verbesserter Sitz und eine bessere Druckverteilung am Kopf des Trägers.

Claims

1. Zwischenlage zur Verbesserung des Tragekomforts von am Körper getragenen Gebrauchsgegenständen mit mindestens einer Komponente aus einem temperatursensitiven Gel, wobei die Zwischenlage (2) durch den Einfluß der Körper- bzw. Hauttemperatur des Trägers aktiv eine fortwährende Veränderung der Kontaktstellen der Gebrauchsgegenstände mit dem Körper des Trägers bewirkt.

2. Zwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (2) Teil eines Gebrauchsgegenstandes ist, der in Langzeitgebrauch des Trägers ist und in Körperkontakt mit diesem steht.

3. Zwischenlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anwendung bei Prothesen, Hörgeräten, Brillen, Armbanduhren, Perücken, Gebissersatz oder dauerhaft zu tragenden orthopädischen Hilfsmitteln.

4. Zwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (2) Teil eines Gebrauchsgegenstandes ist, der aus chirurgischen oder anderen medizinischen Gründen über einen begrenzten Zeitraum in Körperkontakt mit dem Träger steht.

5. Zwischenlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Anwendung bei Schienen, Orthesen, Gipsverbänden, Wundverbänden, Bandagen und Stützgürteln, Kompressen, Stützstrümpfen, Stützstrumpfhosen, orthopädischen Einlagen und Sohlen, Stützkorsetts.

6. Zwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (2) Teil eines Gebrauchsgegenstandes aus dem Bereich des Arbeits-, Gesundheits- und Unfallschutzes ist.

7. Zwischenlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Anwendung bei Schutzmasken, Schutzhelmen, Schutzbrillen, Schutzhandschuhen, Gelenkschützern, Schuhwerk.

8. Zwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (2) Teil eines mit einem Körperteil des Trägers in Kontakt kommenden Riemens, Bandes, Griffes, Trägers oder einer Stütze eines Kleidungsstückes oder sonstigen Gebrauchsgegenstandes ist.

9. Zwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (2) Teil eines Gebrauchsgegenstandes aus dem Bereich der invasiven Medizin ist.

10. Zwischenlage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Anwendung bei Kathedern, Ports, Atemröhren, Implantaten.

11. Zwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (2) Teil eines Sattels ist.

12. Zwischenlage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Anwendung bei Reittiersätteln oder Zweiradsätteln.