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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements. Hierzu umfasst die Vorrichtung ein Anpassungselement, welches dazu eingerichtet ist, sich an den zumindest einen Teil des Elements anzupassen. Ferner weist die Vorrichtung ein Rahmenelement auf, welches dazu eingerichtet ist, das Anpassungselement aufzunehmen. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass bei vielen Anwendungen versteifte Bauteile zum Einsatz kommen, die direkt am Körper anliegen oder im direkten Körperkontakt stehen und diesen bei der Ausführung von Bewegungen unterstützen.
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Die versteiften Bauteile helfen Kraftschlüsse herzustellen und dienen der Entlastung von beispielsweise Gelenken, Knochen, Muskelgruppen und Sehnen, welche täglich starken Belastungen und Beanspruchungen unterliegen.
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Die grundlegende Anatomie des Menschen ist im Aufbau zwar ähnlich, jedoch existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Größen, insbesondere hinsichtlich einer Länge oder einer Breite oder einer Höhe, von einzelnen Körperteilen. So variiert von Mensch zu Mensch zum Beispiel der Durchmesser von Knochen, der Winkel von Gelenkachsen oder der Umfang und die Proportionen von Extremitäten.
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Versteifte Bauteile sollten eng am Körper oder an Körperteilen anliegen, um den Körper oder das Körperteil zu unterstützen oder zu entlasten. Diese Bauteile üben, wenn sie nicht richtig angepasst werden, oftmals punktuellen Druck aus. Sie können zu eng am Körper anliegen oder unterstützen den Körper oder das Körperteil nicht ausreichend, weil sie zu weit vom Körper entfernt sind.
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Die Anpassung eines versteiften Bauteils an eine spezifische Person ist mit einem hohen Aufwand und hohen Kosten verbunden, da die Fertigung des Bauteils explizit für diese Person erfolgen muss, also eine Unikat-Fertigung.
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Trotz einer Vielzahl an unterschiedlichen Größen, ist ein Bauteil, dass einem Körper oder einem Körperteil richtig passt, und somit weder punktuell zu viel Druck, also Druckstelle verursacht, noch über die gesamte Fläche zu wenig Druck ausübt, nur mit erheblichem Aufwand und Kosten produzierbar.
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Um derartigen Bauteilen eine gewisse Flexibilität zu verleihen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt diese Bauteile mit einem gepolsterten Element auszurüsten.
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So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2016 004 017 A1 eine lösbare Segment-Körperschalung. Die Segment-Körperschalung ist aus mindestens zwei lösbaren innen an den Nahtstellen und an den Knochenauflagen gepolsterten der Körperform angepassten Segmenten gebildet.
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Ferner geht hierzu aus der
DE 10 2012 025 431 A1 eine Leit-Stütz-Struktur zum Koppeln mit einem Lebewesen zum Übertragen von in einen ersten und zweiten Anteil der Leit-Stütz-Struktur einleitbaren Kräften hervor.
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Der Nachteil der Stützen besteht darin, dass diese zum Aufnehmen der Kräfte an den Körper anzupassen sind. Eine Herstellung derartiger Stützen ist besonders aufwändig und kostenintensiv.
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Anstelle eine Stütze oder eine Segment-Körperschalung mit einem gepolsterten Element auszustatten, kann das Bauteil selbst aus einem umformbares Material bereitgestellt werden.
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Hierzu beschreibt beispielsweise die
DE 20 2007 014 631 U1 eine orthopädische Formstütze zur nicht-chirurgischen Behandlung von Knochen, Gelenken, Sehnen oder Bändern. Die orthopädische Formstütze ist aus einem thermisch umformbaren Material bestehenden, durchbrochenen Leichtbauplatte mit einer mechanischen verstärkenden, regelmäßig periodisch aufgebauten Stützstruktur, die an das zu behandelnde Körperteil angepasst und mittels einer Fixiereinrichtung fixiert wird, hergestellt. Der Nachteil einer derartigen Formstütze besteht darin, dass die Leichtbauplatte besonders aufwändig mit den Fixierelementen zu fixieren ist und für einen zuverlässigen Halt die Fixierelemente nachzustellen sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements, ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements sowie ein Verfahren zu dessen Verwendung derart zu verbessern, dass dieses besonders einfach und zuverlässig, insbesondere hinsichtlich einer Handhabung, an den zumindest einen Teil des Elements anpassbar und zugleich besonders wirtschaftlich ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements, ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements sowie ein Verfahren zu dessen Verwendung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Entsprechend schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements vor. Mit „Stützen“ ist insbesondere ein Entlasten oder ein Stabilisieren oder ein Haltgeben zumindest eines Teils des Elements gemeint. Hierbei kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, das Element vollständig oder teilweise stützen. Bei dem Element kann es sich beispielsweise um ein Körperteil oder eine Gliedmaße oder einen vorbestimmten Bereich eines Körpers oder um ein Bauteil handeln. Beispielsweise kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, zumindest einen Teil eines Arms oder eines Beins eines Nutzers zu stützen. Hierbei kann die Vorrichtung als eine Orthese oder als Teil oder Bestandteil einer Orthese oder eines Exo-Skeletts ausgebildet sein. Alternativ kann die Vorrichtung beispielsweise dazu eingerichtet sein, zumindest einen Teil oder Bereich eines Nackens des Nutzers zu stützen. Zum Stützen zumindest eines Teils des Nackens kann die Vorrichtung beispielsweise als Teil oder Bestandteil eines Helms ausgebildet sein.
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Zum Stützen zumindest eines Teils des Elements umfasst die Vorrichtung ein Anpassungselement, welches dazu eingerichtet ist, sich an den zumindest einen Teil des Elements anzupassen. Mit anderen Worten kann das Anpassungselement dazu eingerichtet sein, sich an den zumindest einen Teil des Elements anzuschmiegen oder anzuformen oder eine Form des zumindest einen Teils des Elements annehmen. Mit anderen Worten kann das Anpassungselement verformbar, insbesondere zum Anpassen an den zumindest einen Teil des Elements, ausgebildet sein. Ferner weist die Vorrichtung ein Rahmenelement auf, welches dazu eingerichtet ist, das Anpassungselement aufzunehmen. Mit anderen Worten kann das Anpassungselement an oder in dem Rahmenelement angeordnet sein oder an dem Rahmenelement befestigt werden. Mit „Rahmenelement“ ist insbesondere eine Schale oder ein Schalenelement oder eine Hülle oder ein Segment gemeint. Bevorzugt ist das Rahmenelement platten- oder schalenförmig ausgebildet. Bevorzugt ist das Rahmenelement aus einem versteiften oder starrem oder steifem Material gebildet. Das Rahmenelement hat den Vorteil, dass hierdurch das Anpassungselement auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise gehalten und stabilisiert wird.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Anpassungselement aus einem thermisch umformbaren Material gebildet ist. Mit „thermisch umformbar“ ist insbesondere gemeint, dass das Anpassungselement bei einer vorbestimmten Temperatur oder einem vorbestimmten Temperaturbereich verformbar oder umformbar ist. Das Anpassungselement ist dabei bei einer Anpassungstemperatur an den zumindest einen Teil des Elements derart anpassbar, dass das Anpassungselement eine Negativform des zumindest einen Teils des Elements aufweist. Mit anderen Worten kann nach dem oder zum Anpassen des zumindest einen Anpassungselements bei der Anpassungstemperatur an den zumindest einen Teil des Elements das Anpassungselement einen Abdruck des zumindest einen Teils des Elements aufweisen. Mit anderen Worten kann das Anpassungselement bei der Anpassungstemperatur derart verformt werden, dass ein Abdruck, insbesondere des zumindest einen Teils des Elements, in das Anpassungselement eingebracht wird. Bevorzugt kann die Anpassungstemperatur einen Temperaturwert zwischen 40°C und 110°C aufweisen. Mit anderen Worten kann das Anpassen des Anpassungselements an den zumindest einen Teil des Elements bei einer Anpassungstemperatur zwischen 40°C und 110°C erfolgen. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Anpassungstemperatur des Anpassungselements, ab welcher das Anpassungselement thermisch umformbar ist, einstellbar ist. Beispielsweise kann die Anpassungstemperatur des Anpassungselements durch eine Materialzusammensetzung bei der Herstellung des Anpassungselements eingestellt werden.
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Im Folgenden wird ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Rahmenelement, wie beispielsweise ein verstärktes Bauteil, wird mit dem anpassbaren Anpassungselement ausgelegt. Das Anpassungselement kann, insbesondere bei der Anpassungstemperatur, passgenau an den zumindest einen Teil des Elements, beispielsweise einen Körper eines Nutzers, anschmiegt werden, solange es sich in einem verformbaren Zustand befindet. In dem verformbaren Zustand oder der formbaren Phase wird das Anpassungselement an den Teil des Elements, beispielsweise an ein Körperteil, gepresst, wodurch das Teil des Elements seine Kontur als Abdruck in dem Anpassungselement hinterlässt.
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Durch die Anpassungstemperatur wird das Anpassungselement formbar. Nimmt man nun den zumindest einen Teil des Elements als Formteil, wie bei einem Presswerkzeug, wird das Anpassungselement in die richtige Form gedrückt. Hierbei kann eine Kontur des entsprechenden Teils des Elements, beispielsweise des Körperteils, auf die Form des Anpassungselements abgebildet werden. Es entstehen keine Druckpunkte und die Vorrichtung sitzt anliegend und kann seine Funktion optimal erfüllen. Ferner kann damit das Rahmenelement in wenigen, universell anwendbaren Größen hergestellt werden. Die Formbarkeit des Anpassungselements ermöglicht eine auf die jeweilige Benutzung spezifische Passung.
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Neben dem qualitativen Vorteil hinsichtlich Komfort und auch nachträglicher Anpassung ist die Fertigung des Anpassungselements insbesondere standardisierbar und entsprechend kostengünstig. Auch der Anpassungsprozess erfordert einen geringen Aufwand im Vergleich zu einer Individualausführung, da beispielsweise keine Messvorrichtungen benötigt werden, um das Anpassungselement in die passende Form zu überführen.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Anpassungselement dazu eingerichtet ist, bei einer Aushärtungstemperatur, welche niedriger ist als die Anpassungstemperatur, auszuhärten. Mit anderen Worten härtet oder versteift das Anpassungselement bei einer Aushärtungstemperatur aus. Die Aushärtungstemperatur weist bevorzugt einen Temperaturwert von weniger als 40°C auf. Besonders bevorzugt weist die Aushärtungstemperatur einen Umgebungstemperaturwert zwischen beispielsweise 20 °C und 30°C, bevorzugt von 28°C, auf. Durch das Aushärten bleibt eine Form des angepassten Anpassungselements erhalten. Ferner sind bis auf die Regulierung der Temperatur keine weiteren Maßnahmen zur Aushärtung des Anpassungselements erforderlich. Hierdurch kann das Anpassungselement auf besonders einfache Art und Weise ausgehärtet werden.
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In vorteilhafter Weise ist das Anpassungselement mit der Negativform in eine Grundform, insbesondere ohne Negativform, bei einer Temperaturanhebung von der Aushärtungstemperatur auf die Anpassungstemperatur zurückführbar. Wird also die Temperatur von der Aushärtungstemperatur auf die Anpassungstemperatur oder darüber angehoben, so kann das Anpassungselement dazu eingerichtet sein, von dem verformten Zustand in einen Grundzustand oder eine Grundform, welchen das Anpassungselement vor dem Anpassen an das zumindest eine Teil des Elements aufgewiesen hat, zurück zu formen. Mit anderen Worten kann das Anpassungselement bei einer Temperaturerhöhung zumindest auf die Anpassungstemperatur in einen Grundzustand zurückkehren. Hierzu kann das Anpassungselement bevorzugt aus einem thermisch reversiblen Material gebildet sein. Besonders bevorzugt weist das Anpassungselement eine Formgedächtnisfunktion auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Vorrichtung mehrfach verwendbar ist und individuell ohne großen Aufwand, also besonders einfach, wieder anpassbar ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass wenn die Vorrichtung beispielsweise zum Stützen eines Teils eines Körpers oder eines Körperteils als das Element verwendet wird, das Anpassungselement Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, insbesondere hervorgerufen durch sich ändernde Körpertemperaturen des Nutzers. Dadurch kann sich beispielsweise die Anpassungstemperatur einstellen und das bereits angepasste Anpassungselement wieder verformen. Um ungewollten Temperaturschwankungen oder thermischen Auswirkungen auf das Anpassungselement entgegenzuwirken und die Temperatur, insbesondere im Anwendungsfall, stabil zu halten, schlägt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vor, dass die Vorrichtung ferner ein Isolationselement aufweist, welches an dem Anpassungselement angeordnet und aus einem flexiblen oder elastischen Material gebildet ist. Das Anpassungselement ist also insbesondere zwischen dem Isolationselement und dem Rahmenelement angeordnet. Ferner kann das Isolationselement das Anpassungselement zumindest teilweise, also vollständig oder teilweise, bedecken. Beispielsweise kann das elastische Material aus Nylon oder Polyester gebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das thermisch umformbare Material einen Schaum, insbesondere einen Polyurethan Schaum, umfasst. Entsprechend kann das Anpassungselement auch als Schaumauskleidung bezeichnet werden. Besonders bevorzugt ist das Anpassungselement aus einem Smart Memory Polyurethan Schaum gebildet. Ein Smart Memory Polyurethan Schaum weist insbesondere eine Dichte zwischen 0,5 kg/l und 0,2 kg/l auf. Zusätzlich oder alternativ kann der Smart Memory Polyurethan Schaum eine Anpassungstemperatur oder eine Umformtemperatur zwischen 40°C und 110°C aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Smart Memory Polyurethan Schaum eine maximale Kompression von 10% auf eine Ursprungsgröße oder Grundform aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Smart Memory Polyurethan Schaum eine Wiederholbarkeit von größer als 1000mal aufweisen. Mit anderen Worten kann der Smart Memory Polyurethan Schaum mehr als 100mal angepasst und wieder zurück in seine Grundform gebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Smart Memory Polyurethan Schaum eine Ausformungszeit zwischen 15 min und 20 min aufweisen. Mit anderen Worten kann eine Aushärtungszeit des Smart Memory Polyurethan Schaums zur Aushärtung des Smart Memory Polyurethan Schaums zwischen 15 min und 20 min betragen. Der Vorteil in der Verwendung eines Schaums als Anpassungselement besteht darin, dass hierdurch das Anpassungselement besonders kostengünstig herstellbar und das Anpassungselement auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise an den zumindest einen Teil des Elements anpassbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Rahmenelement aus Carbon gebildet ist. Die Ausbildung des Rahmenelements aus Carbon hat den Vorteil, dass es ein besonders geringes Gewicht aufweist. Hierdurch wird ein besonders hoher Tragekomfort und eine besonders einfache Handhabung gewährleistet. Ferner weist Carbon eine besonders geringe Wärmeausdehnung auf, wodurch das Rahmenelement besonders formstabil ausgebildet ist.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Anpassungselement bereitgestellt, welches aus einem thermisch umformbaren Material gebildet und an den zumindest einen Teil des Elements anpassbar ist. Alternativ können auch mehrere, insbesondere voneinander verschiedene, Anpassungselemente bereitgestellt werden. Dabei können die Anpassungselemente in unterschiedlichen Abmessungen oder Größen bereitgestellt werden. Ferner wird ein Rahmenelement bereitgestellt, welches dazu eingerichtet ist, das Anpassungselement aufzunehmen. Alternativ können auch mehrere, insbesondere voneinander verschiedene, Rahmenelemente bereitgestellt werden, welche dazu eingerichtet sind, jeweils ein, insbesondere entsprechendes, Anpassungselement aufzunehmen. Dabei können die Rahmenelemente in unterschiedlichen Abmessungen oder Größen bereitgestellt werden. Besonders bevorzugt wird das Anpassungselement dabei an eine Form des Rahmenelements angepasst. Ferner können das Rahmenelement und/oder das Anpassungselement an eine Form des zumindest einen Teils des Elements angepasst sein oder die Form des zumindest einen Teils des Elements aufweisen.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Anpassungselement an oder in dem Rahmenelement angeordnet. Anschließend wird das Anpassungselement auf eine Anpassungstemperatur zum Anpassen des Anpassungselements an den zumindest einen Teils des Elements durch Bilden einer Negativform des zumindest einen Teils des Elements in dem Anpassungselement erwärmt.
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Zum Erwärmen des Anpassungselements oder der Vorrichtung, welche das Anpassungselement und das Rahmenelement umfasst, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das Anpassungselement und/oder die Vorrichtung in einem Ofen erwärmt wird, welcher das Anpassungselement auf eine Anpassungstemperatur erwärmt oder erhitzt. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung auch ein Heizelement, welches beispielsweise Heizschlaufen oder einen oder mehrere Heizdrähte oder ein Heizband oder eine Heizmatte umfasst, aufweisen. Das Heizelement kann zwischen dem Anpassungselement und dem Rahmenelement angeordnet sein. Zum Erwärmen kann das Heizelement aktiviert werden. Ist das Heizelement beispielsweise als Heizdraht ausgebildet, so kann das Heizelement mit Strom versorgt werden, sodass sich der Heizdraht erwärmt. Zusätzlich kann die Vorrichtung eine Steuereinrichtung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des Heizelements einzustellen oder zu regeln. Die Steuereinrichtung kann dabei dazu eingerichtet sein, die Anpassungstemperatur und/oder eine Aushärtungstemperatur einzustellen. Durch das Heizelement kann das Anpassungselement auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise erwärmt werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Anpassungselement zum Anordnen des Anpassungselements an dem Rahmenelement an das Rahmenelement gespritzt oder angegossen wird. Mit anderen Worten kann das Anpassungselement in einem Spritzgussverfahren an dem Rahmenelement angebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Anpassungselement zum Anordnen des Anpassungselements an dem Rahmenelement an das Rahmenelement mittels eines Fixierelements an das Rahmenelement fixiert wird. Bei dem Fixierelement kann es sich beispielsweise um ein Klebeelement, wie beispielsweise ein Klebstoffband oder eine Klebstoffschicht, oder um ein mechanisches Bauteil, wie beispielsweise einen Clip oder eine Schraube handeln. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Anpassungselement in einem Schäumverfahren an oder in das Rahmenelement an- oder eingebracht wird. Mit anderen Worten kann das Rahmenelement mit dem Anpassungselement ausgeschäumt werden. Ist das Anpassungselement beispielsweise aus Schaum, insbesondere einem Polyurethanschaum, gebildet, so kann bei dem Schäumverfahren der Schaum, insbesondere die zwei Komponenten des Schaums, in eine Form über zum Beispiel einen Roboter gegeben werden. Anschließend kann die Form geschlossen werden. In der geschlossenen Form reagieren insbesondere die Komponenten des Schaums und formen den Schaumkörper aus. Das Schäumen insbesondere von Polyurethan-Formteilen wird auch als Reaction Injection Molding (kurz RIM) bezeichnet. Das formgebende Werkzeug ist entsprechend für das vorgesehene Befestigungselement und/oder das Rahmenelement angepasst. Wird insbesondere ein Polyurethan-Schaum verwendet, so kann dieser aus zwei Komponenten - einer Ausgangskomponente und einer weiteren Komponente - hergestellt werden. Die Ausgangskomponente kann Polyol oder ein Polyolgeschmisch und/oder einen Katalysator und/oder grenzflächenaktive Stoffen und/oder ein Treibmittel und/ anderen Zusätze oder Additive, wie beispielsweise Flammschutzmittel, umfassen. Die weitere Komponente kann Polyisocyanat umfassen. Beim dem Herstellungsverfahren werden diese beiden Komponenten, insbesondere unter vorbestimmten Bedingungen, gemischt. Damit kann das Anpassungselement auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise an dem Rahmenelement fixiert werden.
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Besonders bevorzugt kann das Anpassungselement in einem Druckverfahren, insbesondere in einem 3D- oder 4D-Druckverfahren, hergestellt werden. Der 4D-Druck und der 3D-Druck sind insbesondere Verfahren, bei denen das Material Schicht für Schicht aufgetragen wird und so ein dreidimensionaler Gegenstand - das Anpassungselement - erzeugt oder hergestellt wird. Ferner wird bei dem 4D-Druck, eine vierte Dimension, die Zeit, für fertige Werkstücke oder Bauteile - dem Anpassungselement - berücksichtigt. Durch den 4D-Druck können sich Gegenstände unter einem bestimmten sensorischen Auslöser wie zum Beispiel bei dem Kontakt mit Wasser, Wärme, Vibration oder Schall bewegen und/oder verändern. Bei dem im 4D-Druck hergestellten Werkstück handelt es sich insbesondere um einen intelligenten Werkstoff. Durch das Druckverfahren kann das Anpassungselement auf besonders einfache und schnelle Art und Weise hergestellt werden.
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Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Verfahren zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements unter Verwendung der Vorrichtung. Bei dem Verfahren kann zunächst ein Rahmenelement mit einem drin aufgenommenen Anpassungselement bereitgestellt werden, wobei das Anpassungselement aus einem thermisch umformbaren Material gebildet und an den zumindest einen Teil des Elements anpassbar ist. Anschließend kann die Vorrichtung, insbesondere das Anpassungselement, auf eine Anpassungstemperatur erwärmt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Vorrichtung, insbesondere das Anpassungselement, zum Anpassen des Anpassungselements an den zumindest einen Teils des Elements mit einem vorbestimmten Druck gedrückt oder angedrückt, sodass sich in dem Anpassungselement eine Negativform des zumindest einen Teils des Elements bildet.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung und des Verfahrens zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements unter Verwendung der Vorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung und des Verfahrens zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements unter Verwendung der Vorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements; und
- 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements in dessen Verwendung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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Im Zusammenhang mit 1 soll zunächst auf ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements eingegangen werden. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt S1 zunächst ein Anpassungselement bereitgestellt oder hergestellt. Das Anpassungselement kann dabei eine Standard-Geometrie aufweisen. Das Anpassungselement kann beispielsweise aus einem Schaum, bevorzugt aus einem Smart Memory Polyurethan Schaum, hergestellt werden. Ferner kann das Anpassungselement beispielsweise in einem Spritzgussverfahren oder in einem Druckverfahren, insbesondere in einem 3D-Druck oder einem 4D-Druck, oder in einem Schäumverfahren hergestellt werden. Das Anpassungselement kann ferner in der Form und/oder einer Kontur und/oder einer Krümmung des zumindest einen Teils des Elements hergestellt werden. Mit anderen Worten kann zum Herstellen oder Bereitstellen des Anpassungselements das Anpassungselement an eine Form und/oder an eine Kontur und/oder an eine Größe oder Ausdehnung des zumindest einen Teils des Elements angepasst sein.
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In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird ein Rahmenelement bereitgestellt oder hergestellt. Das Rahmenelement kann beispielsweise aus Carbon gebildet sein. Beim Bereitstellen oder Herstellen des Rahmenelements wird das Rahmenelement in einer vorbestimmten Form hergestellt. Hierbei kann das Rahmenelement beispielsweise in der Form und/oder einer Kontur und/oder einer Krümmung des zumindest einen Teils des Elements hergestellt werden. Mit anderen Worten kann zum Herstellen oder Bereitstellen des Rahmenelements das Rahmenelement an eine Form und/oder an eine Kontur und/oder an eine Größe oder Ausdehnung des zumindest einen Teils des Elements angepasst sein.
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Bei dem Element kann es sich beispielsweise um ein Körperteil oder eine Gliedmaße oder einen vorbestimmten Bereich eines Körpers oder um ein Bauteil handeln. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass beim Bereitstellen oder Herstellen des Anpassungselements das Anpassungselement an eine Form und/oder an eine Kontur und/oder an eine Größe des Rahmenelements angepasst wird. Das Rahmenelement und/oder das Anpassungselement können also so hergestellt oder verarbeitet werden, dass das Rahmenelement und/oder das Anpassungselement eine einander korrespondierende Form oder die Form und/oder die Kontur und/oder eine Größe oder Ausdehnung des zumindest einen Teils des Elements aufweisen.
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In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird das Anpassungselement an dem Rahmenelement angeordnet. Hierbei kann das Anpassungselement an das Rahmenelement gespritzt oder angegossen werden. Beispielsweise kann das Anpassungselement in einem Spritzgussverfahren an das Rahmenelement angebracht werden. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Anpassungselement an das Rahmenelement mittels eines Fixierelements fixiert wird. Bei dem Fixierelement kann es sich beispielsweise um ein Klebeelement, wie beispielsweise ein Klebstoffband oder eine Klebstoffschicht, oder um ein mechanisches Bauteil, wie beispielsweise einen Clip oder eine Schraube, handeln.
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In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird das Anpassungselement erwärmt. Dabei wird das Anpassungselement auf eine Anpassungstemperatur erwärmt. Die Anpassungstemperatur kann beispielsweise zwischen 40°C und 110°C liegen. Zum Erwärmen kann das Anpassungselement oder die Vorrichtung, welche das Anpassungselement und das Rahmenelement umfasst, in einen Ofen gelegt werden, welcher das Anpassungselement auf eine Anpassungstemperatur erwärmt oder erhitzt. Alternativ kann die Vorrichtung auch ein Heizelement, welches zwischen dem Anpassungselement und dem Rahmenelement angeordnet und dazu eingerichtet ist, das Anpassungselement zu erwärmen. Zum Erwärmen kann das Heizelement, beispielsweise durch eine Steuereinrichtung der Vorrichtung, aktiviert werden.
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In einem fünften Verfahrensschritt S5 wird das Anpassungselement an den zumindest einen Teil des Elements angepasst. Hierzu wird das Anpassungselement oder die Vorrichtung mit dem Anpassungselement, bei dem das Anpassungselement dem Teil des Elements zugewandt ist, mit einem vorbestimmten Druck oder einer vorbestimmten Kraft, insbesondere Druckkraft, an den Teil oder Bereich des Elements gedrückt. Dadurch weist das Anpassungselement eine Negativform des zumindest einen Teils des Elements auf. Mit anderen Worten kann nach dem oder zum Anpassen des Anpassungselements bei der Anpassungstemperatur an den zumindest einen Teil des Elements das Anpassungselement einen Abdruck des zumindest einen Teils des Elements aufweisen.
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In einem sechsten Verfahrensschritt S6 wird das Anpassungselement ausgehärtet. Das Anpassungselement härtet dabei bei einer Aushärtungstemperatur, welche niedriger ist als die Anpassungstemperatur ist, aus. Beispielsweise weist die Aushärtungstemperatur einen Temperaturwert von weniger als 40°C auf. Besonders bevorzugt weist die Aushärtungstemperatur einen Umgebungstemperaturwert von beispielsweise zwischen 20 °C und 30°C, bevorzugt von 28°C, auf. Zum Aushärten wird die Vorrichtung von dem Element entfernt oder beabstandet angeordnet.
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Sollte die Anpassung an den zumindest einen Teil des Elements fehlerhaft sein oder die Vorrichtung oder das Anpassungselement an einen weiteren oder anderen Teil des Elements oder eines weiteren Elements angepasst werden, so beginnt das Verfahren bei Verfahrensschritt S4 erneut. Das Anpassungselement mit der Negativform wird dabei in eine Grundform bei einer Temperaturanhebung von der Aushärtungstemperatur auf die Anpassungstemperatur zurückgeführt oder wieder überführt. Wird also die Temperatur von der Aushärtungstemperatur im Verfahrensschritt S6 wieder auf die Anpassungstemperatur im Verfahrensschritt S4 angehoben, so ist das Anpassungselement dazu eingerichtet, von dem verformten Zustand in einen Grundzustand oder eine Grundform, welchen das Anpassungselement vor dem Anpassen an den zumindest einen Teil des Elements aufgewiesen hat, zurückzukehren.
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Besonders bevorzugt wird die Vorrichtung, welche das Anpassungselement und das Rahmenelement umfasst, in universellen oder verschiedenen Größen hergestellt oder produziert. Entsprechend werden die Anpassungselemente und die Rahmenelemente jeweils in voneinander verschiedenen Größen und/oder Abmessungen produziert oder hergestellt oder bereitgestellt.
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Im Zusammenhang mit 2 soll auf den Aufbau der Vorrichtung zum Stützen zumindest eines Teils des Elements sowie auf das Verfahren zum Stützen zumindest eines Teils eines Elements unter Verwendung der Vorrichtung näher eingegangen werden.
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Wie 2 zu entnehmen ist, handelt es sich bei dem Element 10 um ein Bein eines Benutzers 12. Die Vorrichtung 14 zum Stützen zumindest eines Teils des Elements 10, also des Beins des Benutzers 12, weist das Anpassungselement 16 und das Rahmenelement 18 auf. Das Anpassungselement 16 ist dabei an dem Rahmenelement 18 angeordnet und/oder fixiert. Wie 2 zu entnehmen ist, ist eine Form und/oder eine Abmessung und/oder eine Ausdehnung und/oder eine Kontur des Anpassungselements 16 an eine Form und/oder eine Abmessung und/oder eine Ausdehnung und/oder eine Kontur des Rahmenelements 18 angepasst oder angeglichen.
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Wie bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung 14 erläutert, ist das Anpassungselement 16 aus einem thermisch umformbaren Material, wie beispielsweise einem Smart Memory Polyurethan Schaum, gebildet. Die Vorrichtung 14 wird in Abschnitt a) zunächst auf die Anpassungstemperatur erwärmt. Anschließend wird die Vorrichtung 14, welche auch als Bauteil bezeichnet werden kann, in Abschnitt b) an einen Teil des Elements 10, also an einen Bereich des Beins des Benutzers 12, mit einem vorbestimmten Druck p gedrückt. Hierdurch verformt sich das Anpassungselement 16 und passt sich an die Form des Teils des Elements 12, also den Teil des Beins an, an den das Anpassungselement, angedrückt wird. Dadurch weist das Anpassungselement 16 die Negativform 20 auf. In Abschnitt c) wird die Vorrichtung 14 solange von dem Element 10 entfernt, bis das Anpassungselement 16 ausgehärtet ist.
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Im Folgenden wird in Bezug auf 2 ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben. In Schritt a) wird die Vorrichtung 14 oder das Bauteil, welche das Rahmenelement 18 oder versteifte Teil und die Schaumauskleidung - also das Anpassungselement 16 - umfasst, erwärmt. In Schritt b) wird das erwärmte Bauteil an das entsprechende Körperteil, beispielsweise ein Bein, gedrückt und somit ein Abdruck genommen, der sich als Kontur in der Schaumauskleidung abbildet. In Schritt c) behält das Bauteil beim Erkalten oder Aushärten den vom Körperteil genommenen Abdruck. Damit passt das Bauteil zukünftig auf den Benutzer 12 oder den Anwender.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Schaumauskleidung, welche auch als Padding bezeichnet werden kann, für eine an einen Körper anliegende Vorrichtung oder ein anliegendes Bauteils bereitgestellt wird.
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Das Rahmenelement, welches auch als versteiftes Bauteil bezeichnet werden kann, wird mit einer anpassbaren Schaumauskleidung, einem sogenannten Padding, ausgelegt. Diese Schaumauskleidung ist in einem Material mit Formgedächtnisfunktion gefertigt. Es kann passgenau an den Körper anschmiegt werden, solange es sich in einem verformbaren Zustand, beispielsweise bei einer definierten Temperatur zwischen 40° und 110°, befindet. Durch Abkühlung wird der Schaum hart oder härtet aus und kann dann die gewünschten Stabilisierungsfunktionen übernehmen in einer an den spezifischen Nutzer angepassten Geometrie.
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Das Schaumbauteil selbst kann in einer Standard-Geomtrie und damit kostengünstig gefertigt werden.
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Das versteifte Bauteil wird in unterschiedlichen, jedoch universellen Größen produziert und passt grundsätzlich auf jeden Körper und/oder jedes Körperteil. Mit dem versteiften Bauteil wird ein Smart Memory Polyurethan Schaum als Schaumauskleidung verbunden. Wird das komplette Bauteil nun erhitzt und an den Körper gedrückt, hinterlässt der Körper einen Abdruck im Schaum. Der Schaum behält die Passung bei. Wird der Schaum erneut erhitzt, nimmt er seine ursprüngliche Form wieder an. Dieses Verfahren ist mehr als 1000 mal wiederholbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016004017 A1 [0009]
- DE 102012025431 A1 [0010]
- DE 202007014631 U1 [0013]
