DE102015208125A1

DE102015208125A1 - Stützsystem für den menschlichen Bewegungsapparat

Info

Publication number: DE102015208125A1
Application number: DE102015208125.7A
Authority: DE
Inventors: Verena Knott; Franziska Breuer
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-11-03

Abstract

Stützsystem (1) für den menschlichen Bewegungsapparat, mit einer im Thorakalbereich der Wirbelsäule tragbaren Brustkonstruktion (2), mit einer im Lumbalbereich der Wirbelsäule tragbaren Taillenkonstruktion (3) und mit einer sich im Wesentlichen parallel zu einer Z-Achse erstreckenden, biegeelastischen Verbindungsstruktur (4), an dem die Brustkonstruktion (2) und die Taillenkonstruktion (3) in verschiedenen Abstandspositionen zueinander feststellbar gelagert sind, wobei die Brustkonstruktion (2) ein erstes Trageelement (6) umfasst, das jeweils relativ zur Verbindungsstruktur (4) um eine zur Z-Achse parallele Drehachse (DZ) frei drehbar und parallel zur Z-Achse frei verschiebbar gegen einen in Richtung zur Taillenkonstruktion (3) unteren Anschlag (8) gelagert ist, und wobei die Taillenkonstruktion (3) ein zweites Trageelement (10) umfasst, das jeweils relativ zur Verbindungsstruktur (4) um eine zur Y-Achse parallele Drehachse (DY) frei drehbar, in verschiedenen Drehpositionen um eine zur X-Achse parallele Drehachse (DX) feststellbar und bezüglich der Y-Richtung in verschiedenen Abstandspositionen feststellbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stützsystem für den menschlichen Bewegungsapparat mit einer im Thorakalbereich der Wirbelsäule tragbaren Brustkonstruktion, mit einer im Lumbalbereich der Wirbelsäule tragbaren Taillenkonstruktion und mit einer sich im Wesentlichen parallel zu einer Z-Achse erstreckenden, biegeelastischen Verbindungsstruktur, an der die Brustkonstruktion und die Taillenkonstruktion gelagert sind. Ein solches Stützsystem stellt insbesondere ein am Rumpf des menschlichen Körpers getragenes Grundgerüst für ein Exoskelett dar oder eignet sich als wesentlicher Bestandteil einer körpergetragenen Hebehilfe.
In der heutigen Zeit nimmt die Unterstützung des Menschen bei manueller Lastenhandhabung während seiner Arbeitstätigkeit eine zunehmende Bedeutung ein. Gerade die manuelle Lastenhandhabung beispielsweise im Bereich der Logistik, der Produktion oder einer Dienstleistung, wie z.B. der Paketzustellung oder dergleichen, stellt den Arbeitnehmer vor nicht unerhebliche Probleme. Beispielsweise ist es nachgewiesen, dass manuelle Hebe-, Umsetz- oder Tragevorgänge in den genannten Branchen mit einer hohen körperlichen Belastung verbunden sind, die als eine Ursache für Erkrankungen des muskuloskelettalen Systems angesehen werden können. Derartige Erkrankungen sind häufig mit einem vorzeitigen Eintritt in die Erwerbsunfähigkeit verbunden.
Im Rahmen von eigenen Tätigkeitsanalysen, die im Bereich der manuellen Kommissionierung und Logistik durchgeführt wurden, hat sich ergeben, dass durchschnittlich ein Gewicht von etwa 6,5 kg manuell gehandhabt werden muss. Das nach Arbeitsvorschriften erlaubte Höchstgewicht zur manuellen Lastenhandhabung liegt bei 31,5 kg. Innerhalb dieses Bereiches stellt ein Stützsystem der eingangs genannten Art eine wertvolle Unterstützung zur Entlastung des menschlichen Körpers während einer manuellen Lastenhandhabung dar.
Damit ein am menschlichen Körper fixiertes Stützsystem nicht behindernd auf den Nutzer wirkt, muss dieses möglichst gut auf die Anatomie des menschlichen Körpers abgestimmt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stützsystem der eingangs genannten Art anzugeben, welches in vergleichsweise einfacher Art und Weise trotz der großen Variation der menschlichen Anthropometrien an die Körpermaße verschiedener Nutzer einstell- bzw. anpassbar ist. Das angegebene Stützsystem soll insbesondere eine schnelle Anpassung an die jeweiligen Anthropometrien ermöglichen, so dass es beispielsweise in den Bereichen der Logistik, Produktion oder Montage von verschiedenen, in Schichtarbeit tätigen Mitarbeitern genutzt werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stützsystem für den menschlichen Bewegungsapparat, welches eine im Thorakalbereich der Wirbelsäule tragbare Brustkonstruktion, eine im Lumbalbereich der Wirbelsäule tragbare Taillenkonstruktion und eine sich im Wesentlichen parallel zu einer Z-Achse erstreckende, biegeelastische Verbindungsstruktur aufweist, an der die Brustkonstruktion und die Taillenkonstruktion in verschiedenen Abstandspositionen zueinander feststellbar gelagert sind, wobei die Brustkonstruktion ein erstes Trageelement umfasst, das jeweils relativ zur Verbindungsstruktur um eine zur Z-Achse parallele Drehachse frei drehbar und parallel zur Z-Achse frei verschiebbar gegen einen in Richtung zur Taillenkonstruktion unteren Anschlag gelagert ist, und wobei die Taillenkonstruktion ein zweites Trageelement umfasst, das jeweils relativ zur Verbindungsstruktur um eine zur Y-Achse parallele Drehachse frei drehbar, in verschiedenen Drehpositionen um eine zur X-Achse parallele Drehachse feststellbar und bezüglich der Y-Achse in verschiedenen Abstandspositionen feststellbar gelagert ist.
Das erste Trageelement und das zweite Trageelement werden beispielsweise mit Gurten am Körper befestigt und getragen. Insbesondere wird das erste Trageelement der Brustkonstruktion, das insbesondere auch eine Schnittstelle zur Armkonstruktion eines Exoskeletts darstellt, auf Höhe des fünften Brustwirbels getragen. Das zweite Trageelement der Taillenkonstruktion wird im Bereich der Taille, also im Lumbalbereich befestigt. Über die feststellbare Lagerung der Brustkonstruktion und der Taillenkonstruktion in verschiedenen Abstandspositionen bezüglich der Z-Achse zueinander ist eine einfache Einstellung des Stützsystems an die unterschiedlichen Körpergrößen bzw. an die Länge des Rückens oder Rumpfes ermöglicht. Das bezüglich der Y-Achse in verschiedenen Abstandspositionen an der Verbindungsstruktur feststellbar gelagerte zweite Trageelement ermöglicht eine einfache, individuelle Anpassung des Stützsystems an die Lordose des Nutzers. Mit anderen Worten ist hierdurch eine Anpassung des Abstands in der Sagittalebene ermöglicht. Dadurch, dass das zweite Trageelement in verschiedenen Drehpositionen um eine zur X-Achse parallele Drehachse relativ zur Verbindungsstruktur feststellbar gelagert ist, wird ein entspanntes Anziehen des Stützsystems im Sitzen ermöglicht. Auch ist hierdurch eine individuelle Anpassung an die Körperhaltung des Trägers gegeben.
Eine Lateralflexion, also eine seitliche Biegung der Wirbelsäule, ist durch die freie Drehbarkeit des zweiten Trageelements der Taillenkonstruktion um eine zur Y-Achse parallele Drehachse möglich. Eine Rotation der Wirbelsäule bzw. des Oberkörpers des Trägers ist durch die freie Drehbarkeit des ersten Trageelements um eine zur Z-Achse parallele Drehachse gewährleistet. Mithin ist damit in der Brustkonstruktion im Schulterbereich ein entsprechendes Gelenk geschaffen.
Insbesondere erkennt die Erfindung zusätzlich, dass im Bereich der manuellen Lastenhandhabung sehr häufig Bewegungen auftreten, die ein Beugen bzw. ein Bücken beinhalten. Durch die geleeartige Struktur der Bandscheiben wird bei der Flexion bzw. Extension eine Verlängerung bzw. Verkürzung des Rückens herbeigeführt. Die Literatur verweist hierbei auf die Messung des sogenannten Ott- und Schoberzeichens. Die Erfindung erkennt nun, dass diese Verlängerung des Rückens für ein Stützsystem des Rumpfes eine hohe Bedeutung hat. Insofern sieht die Erfindung weiter vor, dass das erste Trageelement der Brustkonstruktion an der Verbindungsstruktur parallel zur Z-Achse frei verschiebbar gegen einen in Richtung zur Taillenkonstruktion unteren Anschlag gelagert ist. Über die Einstellung des Abstands bezüglich der Z-Achse zwischen der Brustkonstruktion und der Taillenkonstruktion ist zunächst die Lage des Anschlags fixiert, so dass auf das erste Trageelement wirkende Kräfte unter Entlastung des menschlichen Körpers über den Anschlag in das Stützsystem eingeleitet werden. Bei einem Bücken des Nutzers ist es dem ersten Trageelement jedoch ermöglicht, seinen Abstand bezüglich der Taillenkonstruktion zu vergrößern, wodurch auf die Verlängerung der Wirbelsäule bei einer Flexion Rücksicht genommen wird.
Bei einer Flexion oder Extension der Wirbelsäule in der Sagittalebene wird die Verbindungsstruktur unter Biegespannung gesetzt. Die gespeicherte Energie wird zur Unterstützung beim Aufrichten genutzt.
Mit den beschriebenen Merkmalen des Stützsystems ist eine einfache Anpassung an verschiedene Anthropometrien ermöglicht. Es hat sich gezeigt, dass das angegebene Stützsystem für eine Spannbreite von einer kleinen Frau (5. Perzentil) bis zu einem großen Mann (95. Perzentil) einstellbar ist.
Zur Beschreibung des Stützsystems wird vorliegend allgemein Bezug genommen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit zueinander orthogonalen Raumachsen, die mit X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bezeichnet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Stützsystems ist weiter eine Hüftkonstruktion mit einem Verbindungselement umfasst, das am zweiten Trageelement der Taillenkonstruktion in verschiedenen Positionen bezüglich der Z-Achse feststellbar gelagert ist, wobei die Hüftkonstruktion zwei bezüglich der X-Achse beabstandete und sich parallel zur Y-Achse erstreckende Schenkelelemente umfasst, die am Verbindungselement jeweils in verschiedenen Abstandspositionen bezüglich der X-Achse zueinander feststellbar, um eine zur Y-Achse parallele Drehachse frei drehbar und um eine zur Z-Achse parallele Drehachse frei drehbar gelagert sind.
Die Hüftkonstruktion dient einer Anbindung des Stützsystems an eine Beinkonstruktion, die als solche nicht Gegenstand der Erfindung ist. Eine Beinkonstruktion erlaubt es, Kräfte zur Entlastung des menschlichen Körpers in den Boden abzuleiten. Insbesondere ist eine derartige Beinkonstruktion gelenkig und wird seitlich der Beine entlang derselben getragen, wobei der Nutzer jeweils über ein Fußteil der Beinkonstruktion auf dem Boden steht.
Zur Anbindung einer Beinkonstruktion umfasst die Hüftkonstruktion zwei bezüglich der X-Achse beabstandete und sich parallel zur Y-Achse erstreckende Schenkelelemente, die insbesondere auf der Höhe der Hüftgelenksachse getragen werden. Zu einer Höhenanpassung der Hüftkonstruktion gegenüber dem restlichen Stützsystem ist ein Verbindungselement umfasst, das am zweiten Trageelement der Taillenkonstruktion in verschiedenen Positionen bezüglich der Z-Achse feststellbar gelagert ist. Mit anderen Worten ist damit die Lage der Schenkelelemente bezüglich der Hüftgelenksachsen in der Sagittalebene über das einstellbare mittige Verbindungselement gewährleistet.
Dadurch, dass die Schenkelelemente am Verbindungselement jeweils in verschiedenen Abstandspositionen bezüglich der X-Achse zueinander feststellbar gelagert sind, wird die Einstellung der Hüftbreite ermöglicht. Eine Rotation des Beines gepaart mit einer Abduktion, wie sie beispielsweise bei einer Wende zum Umsetzen eines Pakets vorkommt, ist in der Hüftkonstruktion durch die freie Drehbarkeit der Schenkelelemente um eine zur Z-Achse parallele Drehachse gewährleistet. Zum Ermöglichen einer Abduktion und Adduktion der Beine sind die Schenkelelemente weiter um eine zur Y-Achse parallele Drehachse frei drehbar gelagert.
Vorteilhafterweise ist die Taillenkonstruktion entlang der Z-Achse unverstellbar an der Verbindungsstruktur montiert, wobei die Brustkonstruktion an der Verbindungsstruktur in verschiedenen Positionen bezüglich der Z-Achse feststellbar gelagert ist. Mit anderen Worten ist die biegeelastische Verbindungsstruktur am unteren Ende in einem Festlager an der Taillenkonstruktion gelagert. Ein etwaiger bei Verringerung des Abstands zwischen der Brustkonstruktion und der Taillenkonstruktion resultierender Überstand der Verbindungsstruktur entsteht oberhalb der Brustkonstruktion, wo er für den Nutzer nicht hinderlich ist.
Zur Ausbildung der frei beweglichen und/oder feststellbaren Verbindungen des Stützsystems sind grundsätzlich verschiedenste Lager vorstellbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Brustkonstruktion ein parallel zur Z-Achse frei verschiebbares erstes Linearlager, ein frei drehbares erstes Drehlager mit einer zur Z-Achse parallelen Drehachse und ein an der Verbindungsstruktur montiertes Montageelement, wobei das erste Trageelement im ersten Linearlager gegen den unteren Anschlag verschiebbar gelagert ist, wobei das erste Linearlager am ersten Drehlager gegengelagert ist, und wobei das erste Drehlager am Montageelement gegengelagert ist.
Das frei verschiebbare erste Linearlager nimmt die Dehnung des Rückens bei einem Bücken des Nutzers auf. Zweckmäßigerweise ist das erste Linearlager hierzu als ein Gleitlager ausgestaltet. Das erste Drehlager gewährleistet die Rotation der Brustkonstruktion. Hierdurch wird eine Lateralflexion (seitliche Biegung) der Wirbelsäule gemeinsam mit der biegeelastischen Verbindungsstruktur ermöglicht. Über das Montageelement schließlich ist eine einfache entlang der Z-Achse einstellbare Lagerung der Brustkonstruktion an der Verbindungsstruktur gegeben. Zweckmäßigerweise ist hierzu das Montageelement als ein Klemmelement ausgestaltet, welches in verschiedenen Positionen entlang der Z-Achse an der Verbindungsstruktur festgeklemmt werden kann. Zur Reibungserhöhung ist hierbei in einer bevorzugten Ausgestaltung insbesondere eine Profilierung am Klemmelement und/oder an der Verbindungsstruktur vorgesehen. Alternativ oder in Kombination ist eine Positionierung des Montageelements an der Verbindungsstruktur in verschiedenen Positionen entlang der Z-Achse durch eine Bolzenverbindung ausgestaltet, wobei an der Verbindungsstruktur oder am Montageelement an verschiedenen Positionen Bohrungen zum Durchtritt des Bolzens eingebracht sind. Der Bolzen kann als ein Rastbolzen ausgebildet sein. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Bolzen als ein federnder Druckstift ausgebildet.
Die Taillenkonstruktion umfasst in einer bevorzugten Weiterbildung ein bezüglich der Y-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen bezüglich der Y-Achse feststellbares zweites Linearlager, ein in verschiedenen Drehpositionen feststellbares zweites Drehlager mit einer zur X-Achse parallelen Drehachse und ein frei drehbares drittes Drehlager mit einer zur Y-Achse parallelen Drehachse, wobei das zweite Trageelement am zweiten Drehlager drehbar gelagert ist, wobei das zweite Drehlager am zweiten Linearlager gegengelagert ist, wobei das zweite Linearlager am dritten Drehlager gegengelagert ist, und wobei das dritte Drehlager an der Verbindungsstruktur gegengelagert ist.
Das in verschiedenen Positionen bezüglich der Y-Achse feststellbare zweite Linearlager ermöglicht die Anpassung des Abstands in der Sagittalebene, und somit eine Anpassung des Stützsystems hinsichtlich der Lordose. Auch das zweite Linearlager ist bevorzugt als ein Gleitlager ausgebildet. Das Positionieren des Linearlagers in verschiedenen Positionen ist bevorzug mittels einer Bolzenverbindung ausgestaltet. Ein Bolzen greift hierbei in entsprechende Bohrungen ein, die entlang der Y-Achse verteilt angeordnet sind. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Bolzen als ein federnder Druckstift ausgebildet. Das Feststellen des Linearlagers geschieht zweckmäßig mithilfe einer Klemmverbindung. Eine weitere Realisierungsmöglichkeit ist die Ausarbeitung der Feststellmöglichkeit mithilfe eines Rastbolzens.
Das in verschiedenen Drehpositionen feststellbare Drehlager ermöglicht das Anziehen des Stützsystems während eines entspannten Sitzens. Das zweite Drehlager ist bevorzugt als ein feststellbares Scharnier ausgebildet. Mittels eines manuellen Hebels wird das Scharnier arretiert oder freigegeben.
Das frei drehbare dritte Drehlager ermöglicht wiederum eine Lateralflexion der Wirbelsäule. Das dritte Drehlager wirkt insbesondere hinsichtlich der Z-Achse bezüglich der Verbindungsstruktur als ein Festlager. Über dieses Festlager ist die Taillenkonstruktion drehbar an der Verbindungsstruktur montiert.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Schenkelelemente am Verbindungselement der Hüftkonstruktion parallel zur X-Achse in ihrem Abstand zum Verbindungselement symmetrisch verstellbar gelagert. Eine solche symmetrische Verstellbarkeit ermöglicht ein gleichmäßiges und benutzerfreundliches Verstellen beider Schenkelelemente zur Einstellung der Hüftbreite.
Vorteilhafterweise umfasst die Hüftkonstruktion ein parallel zur Z-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen feststellbares drittes Linearlager, über das das zweite Trageelement an dem Verbindungselement gelagert ist. Das dritte Linearlager ermöglicht insofern eine Einstellbarkeit der Hüftkonstruktion bezüglich der Hüftgelenksachsen, also die Einstellung der Hüftkonstruktion in der Sagittalebene. Zur Feststellbarkeit des dritten Linearlagers in verschiedenen Positionen ist bevorzugt wiederum eine Bolzen-Verbindung vorgesehen. Alternativ ist eine Verstell- und Feststellbarkeit des dritten Linearlagers mittels einer Langloch-Verbindung ausgeführt.
Generell ist eine einstellbare Feststellbarkeit an verschiedenen Positionen eines Linearlagers alternativ durch eine Klemmverbindung realisiert.
Bevorzugt ist an jedem der Schenkelelemente der Hüftkonstruktion ein frei drehbares viertes Drehlager mit einer zur Y-Achse parallelen Drehachse, ein frei drehbares fünftes Drehlager mit einer zur Z-Achse parallelen Drehachse und ein parallel zur X-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen bezüglich der X-Achse feststellbares viertes Linearlager, wobei jedes Schenkelelement am jeweiligen fünften Drehlager gelagert ist, das jeweilige fünfte Drehlager am jeweiligen vierten Drehlager, das jeweilige vierte Drehlager am vierten Linearlager gegengelagert ist, und das jeweilige vierte Linearlager am Verbindungselement gegengelagert ist.
Das vierte Drehlager gewährleistet eine Abduktion und Adduktion der Beine auf einer Höhe mit der Hüftgelenksachse. Das fünfte Drehlager gewährleistet eine Rotation der Beine insbesondere bei einer Wende. Das vierte, in verschiedenen Positionen bezüglich der X-Achse feststellbare Linearlager gewährleistet die Einstellung der Hüftbreite. Zweckmäßigerweise sind die vierten Linearlager der beiden Schenkelelemente gekoppelt und gemeinsam symmetrisch mit gegenläufigem Bewegungssinn verstellbar. Beispielsweise ist hierzu die Verwendung einer durchgehenden Schraube mit wechselnder Gewinderichtung zum Antrieb der jeweiligen Verstellelemente der vierten Linearlager eingesetzt. Eine derartige Schraube wird vom Nutzer zur Anpassung der Hüftbreite einfach manuell verstellt.
In einer weiter zweckmäßigen Ausbildung ist an jedem der Schenkelelemente der Hüftkonstruktion ein frei drehbares sechstes Drehlager mit einer zur X-Achse parallelen Drehachse angeordnet, welches zur drehbaren Anbindung einer Stützkonstruktion für ein Bein vorgesehen ist. Das sechste Drehlager befindet sich seitlich an den Hüften des Nutzers und ermöglicht eine Bewegung in der Sagittalebene. Zweckmäßigerweise ist von den Schenkelelementen ein parallel zur Y-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen bezüglich der Y-Achse feststellbares fünftes Linearlager umfasst. Das fünfte Linearlager ermöglicht es, das sechste Drehlager in Richtung ventral/dorsal zu verschieben, um es auf die Hüftgelenksachse zu positionieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren:
1 eine Übersicht über die verschiedenen Bereiche der menschlichen Wirbelsäule,
2 schematisch ein Stützsystem für den menschlichen Bewegungsapparat mit einer Hüftkonstruktion und mit einer Taillenkonstruktion,
3 im Detail ein Montageelement zur höhenverstellbaren Anbindung der Brustkonstruktion,
4 im Detail ein erstes Linearlager und ein erstes Drehlager zur beweglichen Anbindung eines ersten Trageelements der Brustkonstruktion,
5 das erste Drehlager entsprechend 4 im Detail,
6 im Detail ein drittes Drehlager zur beweglichen Anbindung der Taillenkonstruktion,
7 im Detail ein zweites Linearlager zur beweglichen Anbindung eines zweiten Trageelements der Taillenkonstruktion,
8 ein zweites Drehlager zur beweglichen Anbindung des zweiten Trageelements und
9 schematisch eine Hüftkonstruktion, die an das Stützsystem entsprechend 1 angebunden werden kann.
1 zeigt die Einteilung der menschlichen Wirbelsäule in die verschiedenen Bereiche Zervikalbereich, Thorakalbereich, Lumbalbereich und Iliosakralbereich.
2 zeigt schematisch ein Stützsystem 1 für den menschlichen Bewegungsapparat, welches eine Brustkonstruktion 2 und eine Taillenkonstruktion 3 umfasst, die in ihrem Abstand in Z-Richtung relativ zueinander einstellbar an einer biegeelastischen Verbindungsstruktur 4 gelagert sind. Die Verbindungsstruktur 4 ist als ein Biegebalken ausgeführt. Das für die weitere Beschreibung verwendete kartesische Koordinatensystem mit den drei orthogonalen Raumachsen X, Y, Z ist eingezeichnet.
Die Brustkonstruktion 2 umfasst ein erstes Trageelement 6, welches beispielsweise mittels eines Brustgurtes im Brustbereich, insbesondere auf der Höhe des fünften Brustwirbels, von einem Nutzer getragen wird und als Anbindungspunkt für eine Armkonstruktion (nicht gezeigt) dient. Über die Brustkonstruktion 2 ist das erste Trageelement 6 mit verschiedenen Freiheitsgraden beweglich an der Verbindungsstruktur 4 gelagert. Insbesondere ist das erste Trageelement 6 entlang der Z-Achse frei verschiebbar gelagert, wobei jedoch diesbezüglich ein unterer Anschlag 8 vorgesehen ist. Über diese lineare Verschiebbarkeit des ersten Trageelements 6 wird eine Längendehnung der Wirbelsäule des Nutzers berücksichtigt, die insbesondere bei einem Bücken auftritt. Die Krafteinleitung bei einer Lastaufnahme durch den Nutzer geschieht über den unteren Anschlag 8.
Die Taillenkonstruktion 3 umfasst ein zweites Trageelement 10, welches beispielsweise mittels eines Taillengurtes am Körper des Nutzers getragen wird. Auch das zweite Trageelement 10 ist mittels der Taillenkonstruktion 3 mit verschiedenen Freiheitsgraden beweglich an der Verbindungsstruktur 4 gelagert.
Die Brustkonstruktion 2 umfasst im Detail ein parallel zur Z-Achse frei verschiebbares erstes Linearlager 12, ein frei drehbares erstes Drehlager 14 mit einer zur Z-Achse parallelen Drehachse DZ und ein an der Verbindungsstruktur 4 montiertes Montageelement 15. Das erste Trageelement 6 ist im ersten Linearlager 12 gegen den unteren Anschlag 8 verschiebbar gelagert. Das erste Linearlager 12 ist am ersten Drehlager 14 drehbar montiert. Das erste Drehlager 14 ist am Montageelement 15 gegengelagert. Das Montageelement 15 ist parallel zur Z-Achse in verschiedenen Positionen feststellbar an der Verbindungsstruktur 4 gelagert.
Über die Einstellbarkeit des Montageelements 15 entlang der Z-Achse ist eine einfache Anpassung des Stützsystems 1 an verschiedene Anthropometrien, vorliegend an die Körpergröße des Nutzers gegeben. Das erste Drehgelenk 14 stellt während des Tragens ein Gelenk im Schulterbereich des Nutzers dar und ermöglicht eine Rotation des Oberkörpers.
Die Taillenkonstruktion 3 umfasst ein bezüglich der Y-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen bezüglich der Y-Achse feststellbares zweites Linearlager 18, ein in verschiedenen Drehpositionen feststellbares zweites Drehlager 19 mit einer zur X-Achse parallelen Drehachse DX und ein frei drehbares drittes Drehlager 20 mit einer zur Y-Achse parallelen Drehachse DY. Das zweite Trageelement 10 ist am zweiten Drehlager 19 drehbar gelagert. Das zweite Drehlager 19 ist am zweiten Linearlager 18 gegengelagert. Das zweite Linearlager 18 wiederum ist am dritten Drehlager 20 gegengelagert, welches sich schließlich an der Verbindungsstruktur 4 abstützt.
Das zweite Linearlager 18 ermöglicht eine Einstellung des Stützsystems 1 in der Sagittalebene. Das zweite Drehlager 19 erlaubt eine feststellbare Winkeleinstellung des Trageelements 10, und somit insbesondere ein entspanntes Sitzen zum Anziehen des Stützsystems 1. Über das dritte Drehlager 20 ist eine Lateralflexion der Wirbelsäule ermöglicht.
Im Detail ist eine Ausführungsvariante des Montageelements 15 aus 3 ersichtlich. Das Montageelement 15 ist mittels einer Klemmverbindung in verschiedenen Positionen bezüglich der Z-Achse an der Verbindungsstruktur 4 gelagert. Dazu wird ein Klemmschild 22 unter Einklemmung der Verbindungsstruktur 4 gegen ein Befestigungselement 23 des Montageelements 15 verschraubt. Zum Feststellen und Lösen sind hierzu Feststellschrauben 25 vorgesehen, die manuell betätigbar sind. Zu einem sicheren Sitz des Montageelements 15 an der Verbindungsstruktur 4 weist die Verbindungsstruktur 4 im Bereich der Brustkonstruktion 2 eine Querriffelung 26 auf, die die Reibung in der Klemmverbindung erhöht. Alternativ oder zusätzlich ist eine Höheneinstellbarkeit des Montageelements 15 an der Verbindungsstruktur 4 über eine Bolzenverbindung ausgestaltet. Dabei greift ein Bolzen in verschiedene Bohrungen ein, die entlang der Verbindungsstruktur 4 angeordnet sind. Bevorzugt ist der Bolzen als ein federnder Druckstift oder Rastbolzen ausgebildet.
In 4 ist das erste Linearlager 12 und das erste Drehlager 14 der Brustkonstruktion 2 im Detail dargestellt. Ein Ausleger 28 des Montageelements 15 ist drehbar zwischen den Gehäuseteilen 29 des ersten Drehlagers 14 gelagert. Das erste Linearlager 12 ist als ein Gleitlager mit Gleitschienen 30 ausgebildet, in dem das erste Trageelement 6 mittels Gleitschuhen 31 als Schlitten gleitet. Am unteren Ende der Gleitschienen 30 ist der untere Anschlag 8 erkennbar.
Das erste Drehlager 14 ist nochmals im Detail in 5 dargestellt. Deutlich sind die Gehäuseteile 29 erkennbar, zwischen denen der Ausleger 14 des Montageelements 15 drehbar geführt ist.
6 zeigt das dritte Drehlager 20, welches ein Festlager am unteren Ende der Verbindungsstruktur 4 ausbildet. Über das dritte Drehlager 20 ist die Taillenkonstruktion 3 um eine parallel zur Y-Achse drehbare Drehachse DY gelagert. Das Drehlager 20 ist mit einem Klemmschild 34 ausgebildet, welches unter Einspannung des unteren Endes der Verbindungsstruktur 4 gegen ein Befestigungselement 35 gespannt ist. Eine entsprechende Schraube 36 stellt zudem die Drehachse DY dar. Das zweite Linearlager 18 ist am Befestigungselement 35 des dritten Drehlagers 20 befestigt.
7 zeigt im Detail das zweite Linearlager 18, welches am dritten Drehlager 20 gegengelagert ist. Das zweite Linearlager 18 umfasst eine Führungsschiene 40, die von einem parallel zur Y-Achse verschiebbaren Schlitten 42 umgriffen ist. Zu einer Feststellbarkeit in verschiedenen Positionen bezüglich der Y-Achse sind verschiedene Bohrungen 43 am Schlitten 42 angeordnet. Über einen Bolzen bzw. über einen federnden Druckstift wird das zweite Linearlager 18 an der gewünschten Position arretiert. Alternativ sind Klemmverbindungen oder Langlochverbindungen zu einer Einstellung und Arretierung des zweiten Linearlagers 18 vorgesehen.
In 8 ist das zweite Drehlager 19 der Taillenkonstruktion 3 im Detail dargestellt. Das zweite Drehlager 19 ist als ein Scharniergelenk 45 ausgebildet, welches mittels eines Feststellhebels 46 manuell in verschiedenen Winkelpositionen feststellbar ist. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist es, die Winkelposition mithilfe eines radialen Langlochs einzustellen.
9 zeigt schematisch eine Hüftkonstruktion 50, die mittels eines Verbindungselements 52 parallel zur Z-Achse verstellbar mit dem zweiten Trageelement 10 der Taillenkonstruktion 3 des Stützsystems 1 verbunden ist. Dazu ist ein drittes Linearlager 54 ausgebildet, welches beispielsweise mittels Bohrungen 55 und Druckstiften in verschiedenen Einstellpositionen bezüglich der Z-Achse arretierbar ist. Eine weitere Umsetzungsmöglichkeit ist eine Einstellung der Verschiebung mittels Langloch und Schraube.
Die Hüftkonstruktion 50 umfasst zwei Schenkelelemente 57, die sich im Wesentlichen in Y-Richtung erstrecken. Jedes der Schenkelelemente 57 ist über ein viertes Drehlager 59 und ein fünftes Drehlager 60 bezüglich einer zur Y-Achse parallelen Drehachse DY bzw. bezüglich einer zur Z-Achse parallelen Drehachse DZ drehbeweglich an einem vierten, parallel zur X-Achse verschiebbaren Linearlager 62 am Verbindungselement 52 gelagert. Die beiden vierten Linearlager 62 sind gekoppelt und erlauben beispielsweise mittels einer durchgehenden Schraube, die eine wechselnde Gewinderichtung aufweist, eine symmetrische Verstellung der Schenkelelemente 57 bezüglich ihres Abstands zum Verbindungselement 52. Über die durchgehende Schraube werden die verschiebbaren Schlitten der vierten Linearlager 62 angetrieben, an denen jeweils die Schenkelelemente 57 gelagert sind.
An den Enden der Schenkelelemente 57 ist jeweils ein sechstes Drehlager 66 angeordnet, welches die drehbewegliche Anbindung einer jeweiligen Beinkonstruktion (nicht gezeigt) erlaubt. Über die dargestellte bewegliche Anbindung der Hüftkonstruktion 50 an das zweite Trageelement 10 der Taillenkonstruktion 3 wird es möglich, das sechste Drehlager 66 zur Hüftgelenksachse unabhängig von der jeweiligen Anthropometrie des Nutzers auszurichten. Erleichtert wird dies dadurch, dass den Schenkelelementen 57 jeweils ein fünftes Linearlager 68 zugeordnet wird, welches eine Verschiebung des jeweiligen sechsten Drehlagers 66 parallel zur Y-Achse erlaubt.
Bezugszeichenliste

1: Stützsystem
2: Brustkonstruktion
3: Taillenkonstruktion
4: Verbindungsstruktur
6: erstes Trageelement
8: unterer Anschlag
10: zweites Trageelement
12: erstes Linearlager
14: erstes Drehlager
15: Montageelement
18: zweites Linearlager
19: zweites Drehlager
20: drittes Drehlager
22: Klemmschild
23: Befestigungselement
25: Feststellschraube
26: Querriffelung
28: Ausleger
29: Gehäuseteile
30: Gleitschienen
31: Gleitschuhe
34: Klemmschild
35: Befestigungselement
36: Schraube
40: Führungsschiene
42: Schlitten
43: Bohrungen
45: Scharniergelenk
46: Feststellhebel
50: Hüftkonstruktion
52: Verbindungselement
54: drittes Linearlager
55: Bohrungen
57: Schenkelelement
59: viertes Drehlager
60: fünftes Drehlager
62: viertes Linearlager
64: Querträger
66: sechstes Drehlager
68: fünftes Linearlager
DX: Drehachse parallel zur X-Achse
DY: Drehachse parallel zur Y-Achse
DZ: Drehachse parallel zur Z-Achse
X-Achse, Y-Achse, Z-Achse: kartesisches orthogonales Koordinatensystem

Claims

Stützsystem (1) für den menschlichen Bewegungsapparat, – mit einer im Thorakalbereich der Wirbelsäule tragbaren Brustkonstruktion (2), – mit einer im Lumbalbereich der Wirbelsäule tragbaren Taillenkonstruktion (3) und – mit einer sich im Wesentlichen parallel zu einer Z-Achse erstreckenden, biegeelastischen Verbindungsstruktur (4), an der die Brustkonstruktion (2) und die Taillenkonstruktion (3) in verschiedenen Abstandspositionen zueinander feststellbar gelagert sind, – wobei die Brustkonstruktion (2) ein erstes Trageelement (6) umfasst, das jeweils relativ zur Verbindungsstruktur (4) um eine zur Z-Achse parallele Drehachse (DZ) frei drehbar und parallel zur Z-Achse frei verschiebbar gegen einen in Richtung zur Taillenkonstruktion (3) unteren Anschlag (8) gelagert ist, und – wobei die Taillenkonstruktion (3) ein zweites Trageelement (10) umfasst, das jeweils relativ zur Verbindungsstruktur (4) um eine zur Y-Achse parallele Drehachse (DY) frei drehbar, in verschiedenen Drehpositionen um eine zur X-Achse parallele Drehachse (DX) feststellbar und bezüglich der Y-Richtung in verschiedenen Abstandspositionen feststellbar gelagert ist.
Stützsystem (1) nach Anspruch 1, – weiter umfassend eine Hüftkonstruktion (50) mit einem Verbindungselement (52), das am zweiten Trageelement (10) der Taillenkonstruktion (3) in verschiedenen Positionen bezüglich der Z-Achse feststellbar gelagert ist, – wobei die Hüftkonstruktion (50) zwei bezüglich der X-Achse beabstandete und sich parallel zur Y-Achse erstreckende Schenkelelemente (57) umfasst, – die am Verbindungselement (52) jeweils in verschiedenen Abstandspositionen bezüglich der X-Achse zueinander feststellbar, um eine zur Y-Achse parallele Drehachse (DY) frei drehbar und um eine zur Z-Achse parallele Drehachse (DZ) frei drehbar gelagert sind.
Stützsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Taillenkonstruktion (3) entlang der Z-Achse unverstellbar an der Verbindungsstruktur (4) montiert ist, und wobei die Brustkonstruktion (2) an der Verbindungsstruktur (4) in verschiedenen Positionen bezüglich der Z-Achse feststellbar gelagert ist.
Stützsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brustkonstruktion (2) ein parallel zur Z-Achse frei verschiebbares erstes Linearlager (12), ein freidrehbares erstes Drehlager (14) mit einer zur Z-Achse parallelen Drehachse (DZ) und ein an der Verbindungsstruktur (4) montiertes Montageelement (15) umfasst, wobei das erste Trageelement (6) im ersten Linearlager (12) gegen den unteren Anschlag (8) verschiebbar gelagert ist, wobei das erste Linearlager (6) am ersten Drehlager (14) gegengelagert ist und wobei das erste Drehlager (14) am Montageelement (15) gegengelagert ist.
Stützsystem (1) nach Anspruch 3 und 4, wobei das Montageelement (15) an der Verbindungsstruktur (4) in verschiedenen Positionen bezüglich der Z-Achse feststellbar gelagert ist.
Stützsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Taillenkonstruktion (3) ein bezüglich der Y-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen bezüglich der Y-Achse feststellbares zweites Linearlager (18), ein in verschiedenen Drehpositionen feststellbares zweites Drehlager (19) mit einer zur X-Achse parallelen Drehachse (DX) und ein frei drehbares drittes Drehlager (20) mit einer zur Y-Achse parallelen Drehachse (DY) umfasst, wobei das zweite Trageelement (10) am zweiten Drehlager (19) drehbar gelagert ist, wobei das zweite Drehlager (19) am zweiten Linearlager (18) gegengelagert ist, wobei das zweite Linearlager (18) am dritten Drehlager (20) gegengelagert ist, und wobei das dritte Drehlager (20) an der Verbindungsstruktur (4) gegengelagert ist.
Stützsystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Schenkelelemente (57) am Verbindungselement (52) der Hüftkonstruktion (50) parallel zur X-Achse in ihrem Abstand zum Verbindungselement (52) symmetrisch verstellbar gelagert sind.
Stützsystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Hüftkonstruktion (50) ein parallel zur Z-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen feststellbares drittes Linearlager (54) umfasst, über das das zweite Trageelement (10) an dem Verbindungselement (52) gelagert ist.
Stützsystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei an jedem der Schenkelelemente (57) der Hüftkonstruktion (50) ein frei drehbares viertes Drehlager (59) mit einer zur Y-Achse parallelen Drehachse (DY), ein freidrehbares fünftes Drehlager (60) mit einer zur Z-Achse parallelen Drehachse (DZ) und ein parallel zur X-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen bezüglich der X-Achse feststellbares viertes Linearlager (62) umfasst ist, wobei jedes Schenkelelement (57) am jeweiligen fünften Drehlager (60) gelagert ist, das jeweilige fünfte Drehlager (60) am jeweiligen vierten Drehlager (59), das jeweilige vierte Drehlager (59) am vierten Linearlager (62) gegengelagert ist, und das jeweilige vierte Linearlager (62) am Verbindungselement (52) gegengelagert ist.
Stützsystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei an jedem der Schenkelelemente (57) der Hüftkonstruktion (50) ein frei drehbares sechstes Drehlager (66) mit einer zur X-Achse parallelen Drehachse (DX) angeordnet ist, welches zur drehbaren Anbindung einer Stützkonstruktion für ein Bein vorgesehen ist.
Stützsystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei von den Schenkelelementen (57) der Hüftkonstruktion (50) weiter jeweils ein parallel zur Y-Achse verschiebbares und in verschiedenen Positionen bezüglich der Y-Achse feststellbares fünftes Linearlager (68) umfasst ist.