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Für den Tragekomfort eines Rucksacks ist das passende Rückensystemen von großer Bedeutung. Es gibt zwei grundsätzlich unterschiedliche Prinzipien bei Rückensystemen, Körperkontaktrückensysteme und hinterlüftete Rückensysteme. Bei hinterlüfteten Rückensystemen steht ein nach drei Seiten (seitlich und nach unten) offener Raum zwischen dem Packsack und dem Rücken des Anwenders zur Verfügung, durch den die Luft quasi frei zirkulieren kann. Der Rucksack liegt dabei nur am Schultergürtel und im unteren Rückenbereich an. Durch einen Rahmen und ein sehr luftdurchlässiges Gewebe (Mesh) wird der Rucksack auf Abstand gehalten. Der Rücken des Anwenders wird insbesondere bei sportlichen Aktivitäten gut belüftet. Nachteilig bei diesen hinterlüfteten Rückensysteme ist jedoch, dass der Schwerpunkt aufgrund des relativ großen Abstands zwischen Packsack und Rücken, entsprechend weit weg vom Rücken liegt. Der Rucksack sitzt deshalb auch weniger stabil auf dem Rücken, was insbesondere bei schnellen Bewegungen nachteilig ist. Bei Köperkontaktrückensystemen ist quasi keine Belüftung gegeben, dafür ist der Schwerpunkt des Rucksacks rückennäher.
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Aus der
US2017/0027806 ist ein Rucksack bekannt, bei dem auf der dem Rucksackträger zugewandten Seite in Verlängerung der Tragriemen ein Streifen mit mehreren Noppen vorgesehen ist. Die Noppen dienen zur Massage. Gleichzeitig sorgen die Noppen für einen gewissen Abstand zwischen dem Rücken des Rucksackträgers und dem Rückenteil des Rucksacks, so dass hier Luft zirkulieren kann und ein Ventilationseffekt entsteht.
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Aus der
JP200505858A2 ist ein weiterer Rucksack bekannt, der eine Vielzahl über die gesamte Rückwand gleichmäßig verteile Noppen aufweist.
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Aus der
FR2700252 ist ebenfalls ein Rucksack bekannt, bei dem auf der eigentlichen Rückwand des Rucksacks ein Polster vorgesehen ist, das mehrere parallel zur Längsachse des Rucksacks verlaufende Luftkanäle aufweist. Der Luftstrom strömt relativ weit weg von Rücken des Trägers und kann so nur wenig zur Kühlung beitragen.
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Aus der
US6325262 ist ein spezieller Rucksack für Sportanwendungen bekannt, der ein stark luftdurchlässiges Rückenelement (Mesh) aufweist, das auf dem Rücken des Anwenders aufliegt. Die Luft strömt im Nackenbereich des Fahrers in den Rückenabschnitt ein.
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Aus der
US8672203 ist ein Rucksack mit einer Rückenventilationszone bekannt.
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Alle bekannten Rucksäcke weisen einen oder mehrere der folgenden Nachteile auf:
- a. Keiner dieser genannten Rucksäcke ist für eine bestimmte Sportart angepasst
- b. großer Abstand von Rücken zu Last
- c. geringer Luftstrom im unmittelbaren Rückenbereich
- d. bei bestimmten sportartspezifischen Haltungen ist ein starrer Rahmen sehr unbequem
- e. Ein Mesh ist im nicht unterstützen Bereich quasi eben also 2-dimensional
- f. keine ausreichende Klimafunktion
- g. unzureichende Wärmeabfuhr insbesondere bei kritischen Körperregionen
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Aufgabe der Erfindung ist es einen Rucksack anzugeben, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, der in einfacher Weise an die thermo-physiologischen bzw. anatomisch-biomechanischen Gegebenheiten bei verschiedenen Anwendungen insbesondere im Hinblick auf unterschiedliche Sportarten anpassbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen gegenständlichen Merkmale bzw. die im Verfahrensanspruch angegebenen Verfahrensschritten.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die wesentliche Idee der Erfindung ist es das Rückenpanel eines Rucksacks in 3D-Druck anzufertigen.
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Mit der Erfindung sind folgende Vorteile erzielbar.
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Entsprechend den sportartspezifischen Anforderungen können die Nachgiebigkeitseigenschaften der (Rücken-)Polsterung angepasst werden. Somit ist eine Differenzierung der Nachgiebigkeitseigenschaften für Polsterelemente hinsichtlich anatomisch-biomechanischen Anforderungen möglich.
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Aufwendige Untersuchungen haben gezeigt, dass die unterschiedlichen Anforderungen an das Rückenpanel nicht nur sportartspezifisch sind, sondern auch anatomische Regionen des Rückens innerhalb einer Sportart differenziert gestaltet werden müssen. Beispielsweise wird beim Radfahren in einer sportlichen Sitzposition der untere Rücken signifikant stärker belastet als das mittlere und obere Rückensegment. Konventionellen Tragesysteme erlauben keine Berücksichtigung im Hinblick auf eine differenzierte Ausprägung der Nachgiebigkeitseigenschaften der Polsterung.
- a) Mit konventionellen Fertigungstechnologien ist eine kundenspezifische Individualisierung sowie sportartspezifischen Ausprägung der Rückenform (Sagittalebene) und/oder Rucksack-Rückenpolsterung nicht möglich.
- b) Bei der konservativen Herstellung der Polsterung kommen verschiedene Schaummaterialien (z.B. EVA, PU) zum Einsatz, die zunächst als Plattenmaterial vorliegen. Diese werden dann entsprechende des vorgegebenen Designs ausgestanzt. Hierbei fallen große Mengen an Verschnitt an, die als Abfall entsorgt werden müssen.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand verschiedener in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1: Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Rucksacks mit einem 3D gedruckten Rückenpanels bestehend aus einer 3D gedruckter Rückenplatte und 3D gedruckten Polsterelementen
- 2: Detailansicht eines 3D gedruckten Polsterelementes
- 3: Detailansichten verschiedener Polsterelemente mit unterschiedliche Nachgiebigkeitseigenschaften
- 4: Detailansicht eines 3D gedruckten Rückenpolsters
- 5: Detailansicht eines 3D gedruckten Rückenpanels mit Polsterelementen unterschiedlicher Dicke bzw. Höhe
- 6: Gesamtansicht eines Rucksacks mit einem 3D gedruckten Rückenpanel mit großflächigen Polsterelementen
- 7: Gesamtansicht eines Rucksacks mit einem 3D gedruckten Rückenpanels
- 8: Detailansicht eines 3D gedruckten grossflächigen Polsterelements
- 9: Detailansicht eines 3D gedruckten grossflächigen Polsterelements
- 10: Detailansicht eines 3D gedrucktes grossflächigen Polsterelements
- 11: Detailansicht eines 3D gedrucktes grossflächigen Polsterelements
- 12: Überblicksdarstellung zur Wirkweise hinsichtlich möglicher Individualisierungs- und Mass Customization-Konzepte mittels 3D-Drucktechnologie
- 13: Darstellung von möglichen Anwendungen der 3D-Drucktechnologie für weitere Rucksack-Elemente
- 14: Gesamtansicht eines (integrierten) 3D gedruckten Rucksack-Rückenprotektors
- 15: Gesamtansicht eines (integrierten) 3D gedruckten Rucksack-Rückenprotektors mit unterschiedlichen Nachgiebigkeitseigenschaften
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1 zeigt eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Rucksacks 200. Dieser Rucksack 200 ist auf eine spezielle Sportart, also für einen ganz bestimmten Einsatzzweck angepasst. Er weist zwei Schultergurte 430 einen Packraum 210 und ein Rückenpanel 230 auf. Das Rückenpanel 230 besteht aus einer Rückenplatte 300 mit einer Polsterung aus mehreren Polsterelementen 100, die auch als modular pads bezeichnet werden. Wie weiter unten noch ausgeführt, sind die Polsterelemente 100 entsprechender dem Einsatz, d. h. je nach Sportart bzw. Aktivität speziell angepasst. Die Anpassung kann in vielfältiger Art und Weise erfolgen. So kann die Geometrie bzw. die Form, die Anzahl, die Positionierung sowie die Ausprägung der Nachgiebigkeitseigenschaften der Polsterelemente entsprechen variieren. Die Polsterelemente 100 können separat in 3D-Druck hergestellt werden. Alternativ kann das gesamte Rückenpanel 230 in 3D-Druck hergestellt werden.
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Die Rückenplatte 310 ist mit einem separat hergestellten Polsterelement 100 dargestellt. Die Ausschnitts-Vergrößerung zeigt die Gitterstruktur eines der Polsterelemente 100.
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2 zeigt ein Polsterelement 100 in einem Längsschnitt und in einem Querschnitt. Die gestrichelten Linien zeigen verschiedene Formvarianten des 3D gedruckten Polsterelements 100.
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3 zeigt Detailansichten von verschiedene Polsterelementen mit unterschiedliche Nachgiebigkeitseigenschaften.
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Die unterschiedlichen Gitterdesigns der Polsterelemente 500 illustrieren unterschiedliche Nachgiebigkeitseigenschaften. Es ist möglich mit diesen unterschiedlichen Gitterdesigns mehrlagige Polsterelemente (single vs. double cushion) in 3D-Druck zu generieren. Es können auch Polsterelemente mit mehr als nur zwei Lagen generiert werden. Eine Kugel 900 soll dabei ein Körperteil (z.B. Rücken bzw. exponierte skeletale Bereiche) symbolisieren. Abhängig von den unterschiedlichen Nachgiebigkeitseigenschaften dringt die Kugel 900 durch Krafteinwirkung unterschiedlich tief in das Polsterelement 500 eindringt (Deformationsweg abhängig von Nachgiebigkeitseigenschaften)4: Detailansicht eines 3D gedruckten Rückenpolsters, in unterschiedlichen Formvarianten
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Die gestrichelte Linien illustrieren Formvarianten des 3D gedruckten Polsterelements. Die unterschiedlichen Gitterdesigns illustrieren die unterschiedliche Nachgiebigkeitseigenschaften. Im Randbereich des Polsterelements kann entweder ein härteres oder ein weicheres Gitterdesign eingesetzt werden.
Durch eine Variation der Höhe bzw. Stärke der Polsterelemente 100 können die Nachgiebigkeitseigenschaften lokal auf dem Rückenpanel angepasst werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind nur zwei Polsterelemente 140 vorgesehen. Die beiden Polsterelemente 140 und die Rückenplatte 310 sind separat 3D-Druck gefertigt. Alternativ kann die Rückenplatte auch in einem Arbeitsschritt in 3D-Druck gefertigt werden. Hier entfällt das nachträgliche zusammenfügen. Bei dieser Formvariante sind die Polsterelemente 140 sehr großflächig ausgeführt. Möglich ist auch eine Anordnung mit nur einem grossflächigen Polsterelement, welches den gesamten Rücken bedeckt (sowohl mit aber auch ohne separater Rückenplatte umsetzbar)
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7: Gesamtansicht eines Rucksacks mit einem 3D gedruckten Rückenpanel mit großflächigen Polsterelementen mit unterschiedlichen Nachgiebigkeitseigenschaften Entsprechend dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch hier die Polsterelemente sehr großflächig ausgeführt. Dur die Treppen- bzw. Terrassenform des Polsterelements soll illustriert werden, dass das Polsterelement 180 aus unterschiedliche Lagen, die sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Ausprägung der Gitternetzstruktur in ihren Nachgiebigkeitseigenschaften unterscheiden, aufgebaut ist.
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8: Detailansicht eines 3D gedruckten grossflächigen Polsterelements in unterschiedlichen Formvarianten
Gestrichelte Linien sollen die unterschiedlichen Formvarianten eines grossflächigen 3D gedruckten Polsterelements illustrieren.
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9: Detailansicht eines 3D gedruckten grossflächigen Polsterelements in unterschiedlichen Formvarianten und mit unterschiedlichen Nachgiebigkeitseigenschaften
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In der oberer Abbildung sollen die gestrichelten Linien die unterschiedlichen Krümmungen/Radien einer 3D gedruckten Rucksack-Rückenplatte in der Sagittalebene illustrieren
- - Krümmung bzw. Krümmungsradius kann je nach sportlicher Aktivität angepasst bzw. angefertigt werden (z.B. für Rucksäcke für sportliches Radfahren ist eine Rucksack-Rückenplatte mit leicht gebogenem Krümmungsradius vorteilhaft; für Trekking-Rucksack ist eine „doppel-S-förmig“ (ähnlich Wirbelsäulenform) gebogene Rucksack-Rückenplatte vorteilhaft
- - Untere Abbildung: Gestrichelte Linien illustrieren unterschiedliche Grössen- und Formvarianten einer 3D gedruckten Rucksack-Rückenplatte in der Frontalebene (Draufsicht)
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10: Detailansicht eines 3D gedrucktes grossflächigen Polsterelements mit unterschiedlichen Nachgiebigkeitseigenschaften sowie Form-/Positionsvarianten
- - Gestrichelte Linien illustrieren unterschiedliche Form-, Grössen- und Positionierungsvarianten im Hinblick auf die unterschiedliche Ausprägung der Nachgiebigkeitseigenschaften
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11: Detailansicht eines 3D gedrucktes grossflächigen Polsterelements mit Polsterhöhen bzw. Stärken (sowie unterschiedliche Nachgiebigkeitseigenschaften
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12: Überblicksdarstellung zur Wirkweise hinsichtlich möglicher Individualisierungs- und Mass Customization-Konzepte mittels 3D-Drucktechnologie
- - Mittels 3D-Drucktechnologie kann auf individualisierte Rückenformen hergestellt werden
- - Dies kann a) mittels einer 3D gedruckte Rucksack-Rückenplatte, b) mittels 3D gedruckter Polsterung und c) mittels einer Kombination aus a) und b) erfolgen
- - Auch die Ausprägung der Nachgiebigkeitseigenschaften der Polsterung sowie der Flexibilität der Rucksack-Rückenplatte kann nach individuellen Kundenpräferenzen unterschiedlich gestaltet werden
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13: Darstellung von möglichen Anwendungen der 3D-Drucktechnologie für weitere Rucksack-Elemente
- - Beckengurt (Hüftgurt)
- - Brustgurt
- - Schultergurt
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14: Gesamtansicht eines (integrierten) 3D gedruckten Rucksack-Rückenprotektors
- - 3D gedruckter Rückenprotektor kann aus 3D gedruckter Rückenplatte und/oder 3D gedruckter Polsterung hergestellt werden, wobei das Gesamtsystem und/oder Teilsystem, die Aufprallschutz- bzw. Nachgiebigkeitseigenschaften besitzt, die erforderlich sind, die entsprechende Norm (z.B. EN 1621-2) zu erfüllen
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15: Gesamtansicht eines (integrierten) 3D gedruckten Rucksack-Rückenprotektors mit unterschiedlichen Nachgiebigkeitseigenschaften
- - Lagen mit unterschiedlicher Ausprägung der Nachgiebigkeitseigenschaften sind durch unterschiedliche Gitternetzstruktur charakterisiert
- - Diese Lagen können auch grundsätzlich ineinander übergehen
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Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert.
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Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie kann ein Rucksack geschaffen werden, der den thermischen Komfort eines Netzrückenrucksacks mit dem Tragekomfort eines Körperkontakt-Tragesystems kombiniert.
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Der Center of Mass CoM liegt Rücken-nah, trotzdem wird ein hoher Wärmekomfort gewährleistet.
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Mittels der 3D-Drucktechnologie kann eine symbiotische Optimierung sowohl des thermischen als auch des mechanischen Komforts realisiert werden und dies sportartspezifisch. Dies bedeutet, dass verschiedene Modifikationen bzw. Varianten der 3D-Gitter bzw. Netzstruktur eine gleichzeitig Optimierung des mechanischen und des thermischen Komforts erlauben.
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Beispielsweise muss die Polsterung des unteren Rückensegments beim Fahrrad-Rucksack im Vgl. zur Polsterung im oberen Rückensegment aufgrund der höheren Lastaufnahme weniger nachgiebig gestaltet werden, so dass die Polsterung nicht durchgedrückt wird und dadurch keinen Dämpfungseffekt mehr erreicht werden kann. Zur Vorbeugung eines „Durchdrückens“ (bottoming out) muss dieses Polster auch dicker ausfallen. Wenn entsprechend das 3D-gedruckte Strukturgitter/-netz gröber konstruiert wird, entsteht dadurch auch mehr Raum zwischen Rucksack und Rücken, der wiederum den Wärmeaustausch fördert und somit den thermischen Komfort erhöht
Die Differenzierung der Nachgiebigkeitseigenschaften (z.B. weich vs. hart; viskos vs. elastisch; punkt- vs. flächendämpfend; progressive vs. degressive Kraft-Deformationsweg-Eigenschaften) der Polsterung kann, wie schon angedeutet, über folgende Möglichkeiten erfolgen:
- ◯ Prinzipielles Design des 3D-Gitters
- ◯ Winkelstruktur (Ausrichtung der Gittersäulen) des 3D-Gitters (steiler Winkel: eher steifere Eigenschaften; flacher Winkel: eher weichere Eigenschaften)
- ◯ Dicke der Gittersäulen
- ◯ Abstände der Gittersäulen zueinander
- ◯ Verbindungen der Gittersäulen zueinander
- ◯ Form der Gittersäulen (z.B. gerade vs. gebogen vs. wellenförmig)
- ◯ Materialisierung
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Mittels der 3D-Drucktechnologie können auf Basis von biomechanischen/ergonomischen sowie thermo-physiologischen Wissen sowohl Mass Customization-Konzepte als auch Produkt-Individualisierungs-Konzepte umgesetzt werden.
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Bei geeigneten Analyseverfahren (z.B. 3D Body Scanning, konventionelle anthropometrische Datenerhebung, Präferenzenbestimmung) kann durch die 3D-Drucktechnologie eine Produkt-Individualisierung sowie ein Mass Customization-Konzept realisiert werden.
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Durch den Einsatz von biobasierten und/oder rezyklierten Materialien für die 3D gedrucke Gitterstruktur kann auf den Einsatz fossiler Werkstoffe z.B. EVA, PUR, PE, APS verzichtet werden.
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Der erfindungsgemäße Rucksack kann auf verschiedene Rucksackkategorien wie z. B. Generell können 3D gedruckte Rucksack-Rücken bei allen Rucksack-Kategorien eingesetzt werden. Entsprechend der sportsspezifischen Anforderung kann das 3D gedruckte Rucksack-Rückenelement angepasst werden:
- - Trekking-Rucksack
- - Hiking-Rucksack
- - Kletter-Rucksack
- - Ebike-Rucksack
- - Daypack
- - Kindertragen/-Rucksack
- - Schulrucksack
- - Militär-Rucksack
- - Motorrad-Rucksack
- - Fahrradrucksäcke
- - Tourenrucksäcke
- - Wanderrucksäcke
- - Leichtrucksäcke
- - Skitourenrucksäcke
- - Trinkrucksäcke
- - Reiserucksäcke
- - Laptoprucksäcke
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Zudem lassen sich auch die Becken-Panels für Hüfttaschen mittels 3D-Drucktechnologie herstellen.
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Darüber hinaus kann die Polsterung der Schultergurte, Brustgurte und Beckengurte, aber auch der gesamte Schulter-, Brust- und/oder Beckengurt mittels der 3D-Drucktechnologie hergestellt werden.
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Des Weiteren kann auch individuell angepasster 3D gedruckter Rückenprotektor hergestellt werden.
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Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Rucksacks sind nachfolgend aufgelistet.
- - Optimierung des mechanischen Komforts
- - Optimierung des thermischen Komforts
- - Gewichtsreduzierung
- - Kein Materialabfall, da generative/additive Fertigungstechnologie
- - Reduzierter ökologischer Fußabdruck durch den Einsatz ressourcenschonender Materialien wie beispielsweise biobasierten und/oder rezyklierten Materialien
- - Individualisierung → basierend auf den individuellen anthropometrischen/ morphologischen Daten sowie den persönlichen Präferenzen kann sowohl die Rucksack-Rückenform (Rucksack-Platte) als auch die Rucksack-Rückenpolsterung angefertigt werden
- - Möglichkeit für Mass Customization → basierend auf den sportartspezifischen Anforderungen (z.B. Fahrrad versus Wandern → unterschiedliche Lastaufnahmezonen) kann sowohl die Rucksack-Rückenform (Rucksack-Platte) als auch die Rucksack-Rückenpolsterung angefertigt werden
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Bezugszeichenliste
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- 100
- 3D Druck Pads modular
- 110
- Außengeometrie 3D Druck Pad
- 115-115''''
- Außenkonturen (Varianten 01)
- 120-120'
- Außenkonturen (Varianten 02)
- 130-130''
- Außenkonturen (Varianten 03)
- 135-135''
- Außenkonturen (Varianten 04)
- 140
- 3D Druck Pad großflächig
- 150
- Außengeometrie 3D Druck Pad
- 155-155''''
- Außenkonturen (Varianten 01)
- 160-160'
- Außenkonturen (Varianten 02)
- 170-170'
- Außenkonturen (Varianten 03)
- 175-175'
- Außenkonturen (Varianten 04)
- 180
- 3D Druck Platte und Pad (großflächig) fusioniert
- 185
- Außengeometrie 3D Druck Platte
- 190-190'
- Außengeometrie Platte erweitert
- 200
- Rucksack
- 210
- Packraum
- 230
- Rückenpanel
- 300
- Platte
- 310
- Platte eigenständig
- 320-320'
- Platte gebogen / Haltung / Körperanpassung
- 340
- Platte individualisiert / Körperanpassung
- 400
- Gurte
- 430
- Hüftgurt 3D Druck
- 450
- Schultergurt 3D Druck
- 460
- Brustgurt 3D Druck
- 500
- 3D Struktur
- 520
- 3D Struktur rigide
- 540
- 3D Struktur weich (nachgiebig,luftig)
- 600
- Padhöhe/ Stärke
- 610
- 0-10 mm
- 620
- 0-20 mm
- 630
- 0-50 mm
- 700
- Material
- 800
- Person
- 810
- Körpermerkmal
- 900
- vertikale Krafteinwirkung
- 1000
- Rückenprotektor 3D Druck
- 1100
- Rückenprotektor 3D Druck 1-lagig
- 1200
- Rückenprotektor 3D Druck 2-lagig
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2017/0027806 [0002]
- JP 200505858 A2 [0003]
- FR 2700252 [0004]
- US 6325262 [0005]
- US 8672203 [0006]
