DE102021125568A1

DE102021125568A1 - Orthopädische Vorrichtung und Verfahren davon

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Publication number: DE102021125568A1
Application number: DE102021125568.6A
Authority: DE
Inventors: Moniruddoza Ashir; Chokri Cherif
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2021-10-01
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-04-06

Abstract

Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) bereitgestellt, die orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) eingerichtet zum Anlegen an einen Körperteil einer Person; und mindestens ein Funktionselement (150, 204, 304), welches mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) integriert ist und welches eingerichtet ist, eine Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 302) zu ändern basierend auf einer Kontraktion des Funktionselements (150, 204, 304) zum Bringen und/oder Unterstützen des Körperteils der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen.

Description

Verschiedene Aspekte betreffen eine orthopädische Vorrichtung (z.B. eine Rückenorthese) und Verfahren davon (z.B. ein Verfahren zum Betreiben einer orthopädischen Vorrichtung).
Im Allgemeinen ist die Behandlung von Problemen des Bewegungsapparats ein wichtiger Aspekt der heutigen Medizin. Es wurden verschiedene Techniken und Geräte zur Vorbeugung und Behandlung von Muskel- und Knochenschmerzen sowie zur Korrektur von Verformungen oder anderen Gesundheitszuständen entwickelt. So sind beispielsweise adaptive kinematische Systeme zur Rückenunterstützung und Vibration für die Behandlung von Osteoporose von besonderem Interesse. Die Osteoporose ist eine Stoffwechselstörung des Skeletts, bei der die Knochen an Masse und Kraft verlieren. Der Verlust von Knochen- und Muskelmasse tritt aufgrund der engen Verbindung zwischen ihnen immer gleichzeitig auf. Daher ist neben der medikamentösen Behandlung die Muskelaktivität ein entscheidender Faktor für die Zunahme der Knochenmasse.
Herkömmlicherweise basieren adaptive kinematische und schwingende Systeme (z.B. eine herkömmliche orthopädische Vorrichtung) mittels bisheriger konventioneller Kinematiken auf einer so genannten Differenzialbauweise, bei dem eine Vielzahl von Einzelteilen miteinander verbunden wird (z.B. mittels Fügetechnologie). Eine derartige Differenzialbauweise geht jedoch im Allgemeinen mit einer Vielzahl schädigungsanfälliger Einzelbaugruppen, einem erhöhten Platzbedarf sowie einer größeren Anzahl bewegter und unbewegter Massen einher. Die Vielzahl von Einzelteilen ist auch mit einem erhöhten Potenzial zur Vibrations- und Geräuschentwicklung sowie mit einem höheren Energieverbrauch verbunden. Anschaulich können die differentiellen Bauteile nicht langzeitstabil sein, und somit können sie wartungs- und kostenintensiv sein.
Verschiedene Aspekte betreffen ein adaptives kinematisches System zur Verwendung in der Behandlung von Problemen des Bewegungsapparats, welches sich auf der Aktivierung maßgeschneiderter, auf faserbasierte Strukturen mit Formgedächtniseffekt (FGE) basiert, z.B. Formgedächtnislegierung (FGL) basierender Aktuatoren-Netzwerke, welche mittels eines textilen Herstellungsprozesses (z.B. Weben, Sticken, Flechten oder Stricken) mit einer textilen Verstärkungsstruktur gekoppelt bzw. in eine textile Verstärkungsstruktur integriert werden können. Der adaptive Mechanismus kann eine orthopädische Vorrichtung (z.B. eine Rückenorthese für Wirbelsäulenaufrichtende Orthese) bereitstellen, beispielsweise zur Osteoporosebehandlung.
Die Verwendung von Formgedächtnislegierungen als Aktorelemente ermöglicht einen einfachen, fehlerunanfälligen sowie kostengünstigeren konstruktiven Aufbau. Formgedächtnislegierungen bieten eine energieeffiziente Betätigungsstrategie für den Einsatz in einer orthopädischen Vorrichtung, z.B. in einer Rückenorthese. Die Anordnung von FGL-basierten Aktoren in textile Trägerstrukturen bietet somit einen umweltfreundlichen und einfachen Mechanismus zur Bereitstellung von steuerbaren adaptiven Systemen. Der hierin beschrieben Ansatz kann ermöglichen, komplexe aufgebaute Mechanismen mit integrierten Getrieben und Motoren durch textilbasierte Teile zu substituieren.
Die Integration von Faserstrukturen mit FGE in textile Strukturen, mittels welcher die Funktionsintegration adaptiver Systeme erzielt wird, ermöglicht die Realisierung eines adaptiven Systems (z.B. einer orthopädischen Vorrichtung) für verschiedene Behandlungen in weniger wartungs- und kostenintensiven Weise im Vergleich zu konventionellen Ausführungen. Darüber hinaus kann das vorgeschlagene System integral aufgebaut sein bzw. werden, so dass es über lange Zeiträume stabil, wartungsarm und kostengünstig ist.
Der hierin beschriebene Ansatz ermöglicht, ein adaptives System (z.B. eine orthopädische Vorrichtung, wie eine Rückenorthese) bereitzustellen, ohne die herkömmlichen Motoren und externen Antrieben, sowie eine Reduzierung der Getriebegliederzahl zu erreichen zu einer signifikanten Vereinfachung bei gleichzeitiger Erhaltung oder sogar zur Steigerung bzw. Verbesserung des bestehenden kinematischen Funktionsumfanges.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine orthopädische Vorrichtung bereitgestellt werden, die orthopädische Vorrichtung aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eingerichtet zum Anlegen an einen Körperteil einer Person; und mindestens ein Funktionselement, welches mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert ist und welches eingerichtet ist, eine Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion des Funktionselements zum Bringen und/oder Unterstützen des Körperteils der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine Rückenorthese bereitgestellt werden, die Rückenorthese, aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eingerichtet zum Anlegen an einen Rücken einer Person, ein oder mehrere Funktionselemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind und welche eingerichtet sind, eine Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Funktionselemente zum Bringen und/oder Unterstützen des Rückens der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine Rückenorthese bereitgestellt werden, die Rückenorthese aufweisend mindestens ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil mit darin integrierten Formgedächtnislegierungsdrähten, z.B. geführt in Richtung der Longitudinalachse (z.B. entlang der Wirbelsäule) eines Menschen, wobei die Formgedächtnislegierungsdrähte angesteuert werden können zum Beeinflussen der Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Verfahren zum Betreiben einer orthopädischen Vorrichtung bereitgestellt werden, wobei die orthopädische Vorrichtung ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil mit darin integrierten Formgedächtnislegierungsdrähten aufweist, das Verfahren aufweisend: zyklisch Aktivieren und Deaktivieren der integrierten Formgedächtnislegierungsdrähten zum Erzeugen einer Vibration.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Verfahren zum Betreiben einer orthopädischen Vorrichtung bereitgestellt werden, wobei die orthopädische Vorrichtung ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eingerichtet zum Anlegen an einen Körperteil einer Person und mindestens ein Formgedächtnislegierung-Funktionselement, welches mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert ist, aufweist, das Verfahren aufweisend: zyklisch Aktivieren und Deaktivieren des mindestens einen Formgedächtnislegierung-Funktionselements zum Erzeugen einer Vibration.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann der Begriff „Aktor“ (auch Aktuator genannt), wie er beispielsweise bezüglich einer Anordnung oder eines Elements verwendet wird, derart verstanden werden, dass die Anordnung oder das Element ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung oder in andere physikalische Größen umsetzen kann.
Unter dem Begriff „Formgedächtnislegierung“ wird eine Legierung verstanden, welche die Eigenschaft besitzt, temporär bzw. reversibel nach einer mechanischen Deformation, beispielsweise einer elastischen Deformation eine andere Form als seine ursprüngliche Form aufzuweisen und seine ursprüngliche Form mittels eines externen Stimulus wieder anzunehmen. Die Formgedächtnislegierung kann umgeformt und derart ausgeprägt sein oder werden, dass spezifische Konfigurationen und Formänderungen der Formgedächtnislegierung erhalten werden können. Das Phänomen der Formgedächtniseigenschaft ist eine Funktion der Legierung als solche, welche die Legierung nach geeigneten Schritten, beispielsweise nach einem Umformen der Formgedächtnislegierung über der Übergangstemperatur der Formgedächtnislegierung und einem schnellen Kühlen der Formgedächtnislegierung, erlangen kann. Die Übergangstemperatur der Formgedächtnislegierung kann hierin auch als Phasenumwandlungstemperatur bezeichnet werden.
Der Begriff „verformbar“, wie hier beispielsweise bezüglich eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (z.B. Teil einer orthopädischen Vorrichtung) verwendet wird, kann im Rahmen dieser Beschreibung mit der Bedeutung verwendet sein, dass das jeweilige Bauteil (z.B. das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil) beschädigungsfrei biegbar, biegsam, elastisch, beweglich und/oder gelenkig ist.
Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) können in verschiedenen Vorrichtungen zum Einsatz kommen, wobei die Faser-Kunststoff-Verbunde ein Leichtbaupotenzial und vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweisen können verglichen mit traditionell eingesetzten Metallbauteilen. Mittels einer Strukturintegration von Bauelementen aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) in einen Faser-Kunststoff-Verbund können beispielsweise integral gefertigte adaptive FKV-Bauteile auf effizienter Weise hergestellt werden.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden verschiedene Aspekte insbesondere in Bezug auf ein Verbundbauteil aufweisend einen Faser-Kunststoff-Verbund bzw. bestehend aus einem Faser-Kunststoff-Verbund beschrieben. Eine solche Ausgestaltung stellt eine günstige Konfiguration bereit, zum Ermöglichen einer effizienten Kraftübertragung und eines flexiblen Aufbaus einer orthopädischen Vorrichtung. Es versteht jedoch sich, dass die hierin beschriebenen Aspekte in ähnlicher Weise für Verbundbauteile aufweisend bzw. bestehend aus anderen (z.B. verformbaren) Materialien gelten können.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten;
1B ein Funktionselement in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten;
2A eine orthopädische Vorrichtung aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten;
2B eine Verbindung zwischen einem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil und einem Funktionselement einer orthopädischen Vorrichtung, gemäß verschiedenen Aspekten;
3A bis 3F jeweils eine orthopädische Vorrichtung aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten; und
4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer orthopädischen Vorrichtung, gemäß verschiedenen Aspekten.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil der Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
1A zeigt ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann zur Verwendung in einer orthopädischen Vorrichtung (z.B. in einer Rückenorthese) sein, z.B. das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eine Trägerstruktur bzw. eine Verstärkungsstruktur für eine orthopädische Vorrichtung sein bzw. bereitstellen.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eingerichtet sein zum Anlegen an einen Körperteil einer Person. Anschaulich kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart geformt sein, dass es sich einem Körperteil einer Person anpasst.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann die Verwendung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (z.B. des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100) beispielsweise in Bezug auf einer orthopädischen Vorrichtung zur Behandlung von Rückenproblemen (z.B. einer Rückenorthese) beschrieben werden. In diesem Zusammenhang kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart geformt sein, dass es sich dem Rücken einer Person anpasst, z.B. um entlang der Wirbelsäule der Person angeordnet zu werden. Es versteht sich jedoch, dass die Verwendung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils nicht auf die Behandlung von Rückenproblemen beschränkt ist, und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil kann derart eingerichtet (z.B. geformt) sein bzw. werden, dass es an anderen Körperteilen (z.B. an einem Knöchel, einem Knie, einem Handgelenk, als weitere Beispiele) angebracht werden kann.
In der beispielhaften Ausgestaltung in 1A kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine langgestreckte Form haben (z.B. um sich an einen Rücken anzupassen). Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eine Länge haben, die größer ist als seine Breite (und als seine Dicke). Als numerisches Beispiel kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine Länge im Bereich von 20 cm bis 80 cm haben, zum Beispiel im Bereich von 30 cm bis 50 cm. Als weiteres numerisches Beispiel kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine Breite im Bereich von 5 cm bis 30 cm, z.B. im Bereich von 10 cm bis 20 cm haben. Die Dicke des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 kann wesentlich geringer sein als seine Länge, z.B. im Bereich von 0,5 cm bis 5 cm, z.B. im Bereich von 1 cm bis 3 cm.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eine Longitudinalachse 102 aufweisen. Eine Longitudinalachse (z.B. die Longitudinalachse 102) kann eine Achse entlang der Länge des Körpers eines Objekts (z.B. des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100) von einem Ende zum anderen sein (vom Kopf zum Schwanz). Eine Longitudinalachse kann die Längsachse eines Objekts sein und kann auf die Länge des Objekts ausgerichtet sein. Beispielsweise kann die Longitudinalachse 102 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 parallel zur Wirbelsäule einer Person ausgerichtet sein, wenn eine orthopädische Vorrichtung aufweisend das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 an der Person angebracht wird.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eine Querachse 104 aufweisen. Eine Querachse (z.B. die Querachse 104) kann eine Achse entlang der Breite des Körpers eines Objekts (z.B. des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100) von einem Ende zum anderen sein. Eine Querachse kann die kurze Achse eines Objekts sein und kann auf die Breite des Objekts ausgerichtet sein. Die Querachse eines Objekts kann senkrecht zur Longitudinalachse des Objekts ausgerichtet sein. Beispielsweise kann die Querachse 104 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 senkrecht zur Wirbelsäule einer Person ausgerichtet sein, wenn eine orthopädische Vorrichtung aufweisend das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 an der Person angebracht wird. Eine Querachse kann hierin auch als Horizontalachse bezeichnet werden.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann zumindest abschnittsweise verformbar sein. Anschaulich kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 mindestens einen verformbaren Abschnitt aufweisen. Als beispielhafte Ausgestaltung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 einen zentralen Abschnitt 106a aufweisen, welcher verformbar ist, und zwei seitliche Abschnitte 106b (welche mit dem zentralen Abschnitt 106a verbunden sind), die nicht oder weniger verformbar sind als der zentrale Abschnitt 106a. In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 vollständig verformbar sein, d.h. sowohl der zentrale Abschnitt 106a als auch die seitlichen Abschnitte 106b können verformbar sein. Der zentrale Abschnitt 106a kann hierin auch als Funktionsabschnitt bezeichnet werden, und die zwei seitlichen Abschnitte 106b können hierin auch als Befestigungsabschnitte bezeichnet werden. Als numerisches Beispiel kann sich der zentrale Abschnitt 106a über mindestens 50% der Länge des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 erstrecken, z.B. über mindestens 70% der Länge, z.B. über mindestens 90% der Länge.
Im Hinblick auf die Verformbarkeitseigenschaften kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine erste Form 110a aufweisen, welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 hat, wenn es keiner Kraft ausgesetzt ist. Die erste Form 110a kann beispielhaft eine Ausgangsform oder eine ursprüngliche Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 sein. Bei der ersten Form 110a kann es sich um die Form handeln, in welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 nach einer Verformung zurückkehrt, wie im Folgenden noch näher beschrieben wird. Die erste Form 110a kann hierin auch als erster Zustand, Ruhezustand oder Ausgangszustand des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 bezeichnet werden.
Bei Verformung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine zweite Form 110b annehmen, welche sich von der ersten Form 110a unterscheidet. Beispielsweise kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 zumindest abschnittsweise verformbar sein, so dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 zumindest in eine erste Form 110a und in eine zweite Form 110b gebracht werden kann, welche sich von der ersten Form 110a unterscheidet. Bei der zweiten Form 110b kann es sich um eine verformte Form handeln, d.h. eine Form, welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 annehmen kann, wenn eine Kraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 ausgeübt wird, wie im Folgenden noch näher beschrieben wird.
Als beispielhafte Ausgestaltung, wie in 1A gezeigt ist, kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart eingerichtet sein, dass es entlang einer gewölbten Linie erstreckt ist, wenn es in der ersten Form 110a ist. Anschaulich kann die erste Form 110a eine gewölbte Form sein, z.B. gewölbt um die Querachse 104 und/oder um die Longitudinalachse 102. Die gewölbte Form ermöglicht eine leichte Anpassung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 an den Rücken einer Person, zur Verwendung in einer orthopädischen Vorrichtung. Es versteht jedoch sich, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 je nach Verwendungszweck derart eingerichtet sein kann, dass es eine andere ursprüngliche Form aufweist, beispielsweise eine Form, welche nicht gewölbt ist (z.B. eine gerade Form). In dieser beispielhaften Ausgestaltung kann das Material des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 derart ausgestaltet sein, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 energetisch die erste (z.B. gewölbte) Form 110a bevorzugt.
Als beispielhafte Ausgestaltung, wie in 1A gezeigt ist, kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart eingerichtet sein, dass es entlang einer geraden (oder wesentlich geraden) Linie erstreckt ist, wenn es in der zweiten Form 110b ist (bzw. gebracht wird). Anschaulich kann die zweite Form 110b eine gerade Form sein. Eine gerade zweite Form 110b (mit einer gewölbten ersten Form 110a) kann eine vorteilhafte Ausgestaltung für die Verwendung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 als orthopädische Vorrichtung (z.B. zum Geradebiegen eines Rückens). Es versteht jedoch sich, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 je nach Verwendungszweck derart eingerichtet sein kann, dass es eine andere verformte (zweite) Form aufweist, beispielsweise eine nicht gerade zweite Form.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann somit sich entlang einer geraderen Linie erstrecken, wenn es in der zweiten Form 110b ist, im Vergleich zur ersten Form 110a. Es versteht sich, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 mehr als eine verformte Form aufweisen kann, z.B. das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eingerichtet sein, eine Vielzahl verschiedener (zweiter) verformter Formen anzunehmen, abhängig von der auf es ausgeübten Kraft (z.B. abhängig von der Größe der Kraft, der Richtung der Kraft, usw.) .
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart eingerichtet sein, dass es die erste (ursprüngliche) Form 110a beibehält oder wieder annimmt, wenn keine Verformungskraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 ausgeübt wird. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann federelastisch verformbar sein, z.B. abschnittsweise federelastisch (z.B. mindestens der zentrale Abschnitt 106a kann federelastisch sein). In der beispielhaften Ausgestaltung in 1A kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart eingerichtet sein, dass es aus der zweiten (geraden) Form 110b federelastisch in die erste (gewölbte) Form 110a verformbar ist. Es versteht jedoch sich, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann alternativ derart eingerichtet sein, dass es aus einer gewölbten Form 110a federelastisch in eine gerade Form 110b verformbar ist, abhängig von der vordefinierten Ausgestaltung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann ein Material mit solchen federelastisch verformbaren Eigenschaften aufweisen oder daraus bestehen. Das Material des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 kann derart ausgestaltet sein, dass das Material dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine Rückstellkraft verleiht. Beispielsweise kann das Material bei der Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 Energie speichern und die gespeicherte Energie abgeben, sobald keine Verformungskraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 einwirkt (um das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 wieder in seine erste (Ruhe-)Form 110a zu bringen).
In Anbetracht der beispielhaften Ausgestaltung in 1A kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart eingerichtet sein, dass eine Rückstellkraft erzeugt wird, wenn das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 aus der ersten (gewölbten) Form 110a ausgelenkt wird. Anschaulich kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart abschnittsweise federelastisch verformbar sein, dass eine rücktreibende Kraft erzeugt wird, welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 von der zweiten Form 110b in die erste Form 110a bringt. Es versteht sich, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann alternativ derart eingerichtet sein, dass eine Rückstellkraft erzeugt wird, wenn das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 aus einer geraden (zweiten) Form 110b ausgelenkt wird.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann ein Faser-Kunststoff-Verbund sein bzw. ein Faser-Kunststoff-Verbund (als Material) aufweisen oder aus einem Faser-Kunststoff-Verbund bestehen. Der Faser-Kunststoff-Verbund kann ein Fasermaterial und ein Kunststoffmaterial aufweisen. Anschaulich kann der Faser-Kunststoff-Verbund aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix bestehen, wie allgemein bekannt ist. Der Faser-Kunststoff-Verbund kann sich integral von dem zentralen Abschnitt 106a in die zwei seitlichen Abschnitte 106b erstrecken. Ein Faser-Kunststoff-Verbund kann eine optimale Kraftübertragung zum Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 gewährleisten, z.B. von einem Funktionselement wie im Folgenden noch näher erläutert wird, und somit eine Langzeitstabilität einer orthopädischen Vorrichtung als adaptives kinematisches System.
Als Beispiel kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 aus einem textiltechnisch hergestellten Faserwerkstoff (z.B. einem Gewebe aus Glasfaser, Keramikfaser, Kohlefasern, etc.) gebildet sein. Beispielsweise kann das Fasermaterial des Faser-Kunststoff-Verbundes gestrickt sein. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann ferner aus einem Kunststoff (z.B. ein Polymermatrixmaterial) gebildet sein, in welchen der textiltechnisch hergestellte Faserwerkstoff (z.B. ein Gewebe aus Keramikfaser, Kohlefasern, etc.) eingebettet ist. Der Faserwerkstoff kann hierin auch als Faserverbundwerkstoff bezeichnet werden.
Die Fasern des Faserwerkstoffes können beispielsweise in ein Matrixmaterial eingebettet sein, z.B. in ein Polymermatrixmaterial (z.B. in Epoxidharz, in Polyethylen oder in ein anderes geeignetes Polymermatrixmaterial). Eine funktionalisierte Preform kann entsprechend der gewünschten Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 (z.B. entsprechend der Form eines Körperteils, z.B. eines Rückens) mit dem Matrixmaterial infiltriert werden. Die Fasern des Faserwerkstoffes können vergleichsweise lange Fasern sein (z.B. können die jeweiligen Fasern eine Länge von mehr als 5 cm aufweisen, z.B. mehr als 10 cm), die beispielsweise textiltechnisch miteinander verbunden sind. Eine textiltechnische Verbindung der Fasern miteinander kann beispielsweise mittels Webens, Flechtens, Strickens, Stickens, etc., erzeugt werden.
1B zeigt ein Funktionselement 150 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten. Das Funktionselement 150 kann zur Verwendung in einer orthopädischen Vorrichtung sein, z.B. das Funktionselement 150 kann eingerichtet sein, eine Betätigungskraft für die orthopädische Vorrichtung bereitzustellen. Ein Funktionselement kann hierin auch als Aktorelement bezeichnet werden.
Das Funktionselement 150 kann eine Formgedächtnislegierung aufweisen bzw. daraus bestehen. Das Funktionselement 150 kann ein Formgedächtnislegierungs-Aktorelement sein (und als solches hierin bezeichnet). Ein Formgedächtnislegierung-basiertes Funktionselement 150 ermöglicht eine einfache Betätigungsstrategie, z.B. für den Einsatz in einem kinematischen System, ohne auf komplexe mechanische Motoren und Komponenten angewiesen zu sein. Es versteht jedoch sich, dass das Funktionselement 150 auch ein anderes Material mit geeigneter Eigenschaften aufweisen bzw. daraus bestehen kann, um eine Kraftübertragung an ein Verbundbauteil zu ermöglichen.
Das Funktionselement 150 kann derart eingerichtet sein, dass es ein empfangenes Steuersignal in eine Kraft (z.B. in eine Zugkraft) umwandelt. Das Funktionselement 150 kann derart eingerichtet sein, dass sich eine oder mehrere seiner (z.B. geometrischen) Eigenschaften bei Empfang eines geeigneten Steuersignals (z.B. eines elektrischen Signals) ändern.
Das Funktionselement 150 kann als Einweg-Aktorelement ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Funktionselement 150 derart eingerichtet sein, dass sich ein oder mehrere seiner Eigenschaften bei Empfang eines geeigneten Steuersignals ändern, und dann kann eine externe Kraft an das Funktionselement 150 aufgebracht werden, um das Funktionselement 150 in seinen Ausgangszustand wieder zu bringen.
Beispielsweise kann die Formgedächtnislegierung des Funktionselements 150 derart eingerichtet sein, dass aufgrund einer Phasenumwandlung, z.B. wenn die Formgedächtnislegierung auf eine Temperatur, T, oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur, T_U, erwärmt wird, eine Längenänderung, ΔL, (z.B. eine Kontraktion) des Funktionselements 150 erzeugt wird. Bei der entgegengesetzten Phasenumwandlung, z.B. wenn die Formgedächtnislegierung auf eine Temperatur, T, unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur, T_U, abgekühlt wird, tritt beispielsweise keine Längenänderung auf (auch als intrinsischer Einweg-Aktor-Effekt bezeichnet). Das Funktionselement 150 kann dann aber mittels einer äußeren Kraft gedehnt werden, z.B. zurück auf seine Ausgangslänge L1 gebracht werden.
Als beispielhafte Ausgestaltung, wie in 1B gezeigt ist, kann das Funktionselement 150 derart eingerichtet sein, dass sich seine Länge beim Empfang eines geeigneten Steuersignals ändert (z.B. verringert). Die Verringerung der Länge kann eine Zugkraft (z.B. eine Verformungskraft) in einem mit dem Funktionselement 150 gekoppelten Bauteil (z.B. dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100, siehe auch 2A) erzeugen. Es versteht sich, dass die Längenreduzierung ein exemplarischer Betätigungsmechanismus ist und andere Ausgestaltungen des Funktionselements 150 für die Verwendung als Aktor möglich sind (z.B. eine Ausdehnung, eine Vergrößerung der Länge, als weitere Beispiele).
Das Funktionselement 150 kann einen ersten Aktorzustand 152a haben, welcher ein Anfangszustand des Funktionselements 150 sein kann (in Abwesenheit eines angelegten Steuersignals). In dem ersten Aktorzustand 152a kann das Funktionselement 150 eine erste (anfängliche bzw. ursprüngliche) Länge L1 haben. Im ersten Aktorzustand 152a kann eine Temperatur, T, des Funktionselements 150 (z.B. eine Temperatur der Formgedächtnislegierung des Funktionselements 150) unter dessen Phasenumwandlungstemperatur, T_U, liegen. Der erste Aktorzustand 152a kann hierin auch als inaktiver Zustand bezeichnet werden.
Das Funktionselement 150 kann einen zweiten Aktorzustand 152b haben, welcher ein betätigter Zustand des Funktionselements 150 sein kann (bei Vorhandensein eines angelegten Steuersignals oder nach dem Anlegen des Steuersignals). In dem zweiten Aktorzustand 152b kann das Funktionselement 150 eine zweite Länge L2 (variiert z.B. um ΔL) haben. In dem zweiten Aktorzustand 152b kann die Temperatur T des Funktionselements 150 (z.B. die Temperatur der Formgedächtnislegierung des Funktionselements 150) über dessen Phasenumwandlungstemperatur, T_U, liegen. Der zweite Aktorzustand 152b kann hierin auch als aktiver Zustand bezeichnet werden. Die zweite Länge L2 kann somit kleiner als die erste Länge L1 sein.
Es versteht sich, dass das Funktionselement 150 mehr als zwei Zustände haben kann, z.B. den Ausgangszustand und eine Vielzahl von betätigten Zuständen, die jeweils zu einer entsprechenden Temperatur oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur zugeordnet sind (z.B. jeweils zu einer entsprechenden Längenänderung).
Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Länge des Funktionselements 150 seine Hauptabmessung sein. Beispielhaft kann das Funktionselement 150 derart geformt sein, dass seine Dicke kleiner ist als seine Länge (z.B. mindestens 1000 Mal kleiner oder mindestens 10000 Mal kleiner). In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Funktionselement 150 ein Draht (anschaulich ein Formgedächtnislegierungsdraht) sein oder einen Draht aufweisen. In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung kann das Funktionselement 150 ein dünnes Plättchen sein oder aufweisen, dessen Breite größer ist als seine Dicke (z.B. mindestens das Zweifache, mindestens das Dreifache oder mindestens das Fünffache der Dicke). Es versteht sich jedoch, dass das Funktionselement 150 auch eine andere Art von Geometrie aufweisen kann, z.B. eine andere Geometrie, die geeignet ist, die Kraftübertragung vom Funktionselement 150 auf ein Bauteil zu gewährleisten.
Das Funktionselement 150 kann eine planare Geometrie aufweisen, z.B. kann das Funktionselement 150 gleichbleibende Abmessungen entlang ihrer Länge haben. Alternativ kann das Funktionselement 150 eine Verjüngung (z.B. eine Querschnittverjüngung) haben, z.B. kann das Funktionselement 150 an seinen seitlichen Abschnitten dicker und/oder größer sein als im zentralen Abschnitt.
2A zeigt eine orthopädische Vorrichtung 200 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten. Die orthopädische Vorrichtung 200 kann ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 und mindestens ein Funktionselement 204 aufweisen. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 kann wie das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100, welches in Bezug auf 1A beschrieben wurde, eingerichtet sein. Das Funktionselement 204 kann wie das Funktionselement 150, welches in Bezug auf 1B beschrieben wurde, eingerichtet sein.
Die orthopädische Vorrichtung 200 kann ein Kleidungsstück sein oder aufweisen, welches an einem Körperteil einer Person angebracht werden kann (z.B. an einem Körperteil mit Muskel- und/oder Skelettproblemen). In einigen Aspekten kann die orthopädische Vorrichtung 200 eine orthetische Vorrichtung sein oder kann als solche eingerichtet werden. Als eine beispielhafte Ausgestaltung kann die orthopädische Vorrichtung 200 eine Rückenorthese sein bzw. als Rückenorthese ausgestaltet sein. Es versteht sich, dass die Ausgestaltung der orthopädischen Vorrichtung 200 entsprechend dem Verwendungszweck angepasst werden kann, z.B. als Handgelenkband, Fußheberorthese, Knöchelbandage, usw., als weitere Beispiele. Die orthopädische Vorrichtung 200 kann ein oder mehrere Befestigungsmittel (nicht dargestellt) umfassen, um die orthopädische Vorrichtung 200 an dem Körperteil befestigen zu können, z.B. kann die orthopädische Vorrichtung 200 ein oder mehrere Schnüre, ein oder mehrere Riemen und/oder dergleichen aufweisen.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 kann eingerichtet (z.B. geformt) sein bzw. werden, je nach Verwendungszweck der orthopädischen Vorrichtung 200. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 kann eingerichtet sein zum Anlegen an einen Körperteil einer Person. Als eine beispielhafte Ausgestaltung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 eingerichtet zum Anlegen an einen Rücken einer Person (siehe auch 1A). Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 kann eine Longitudinalachse 206 und eine Querachse 208 aufweisen.
Das mindestens eine Funktionselement 204 kann mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein. Es versteht sich, dass die orthopädische Vorrichtung 200 mehr als ein Funktionselement 204 aufweisen kann, d.h. die orthopädische Vorrichtung 200 kann ein oder mehrere (z.B. eine Vielzahl von) Funktionselemente(n) 204 aufweisen, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sind (siehe auch 3A bis 3F). Als eine beispielhafte Ausgestaltung kann das mindestens eine Funktionselement 204 ein Draht sein bzw. einen Draht aufweisen, z.B. ein oder mehrere Drahte (z.B. ein oder mehrere Formgedächtnislegierungsdrahte).
In 2A ist das Funktionselement 204 schematisch dargestellt. Die Anordnung des Funktionselements bzw. der Funktionselemente 204 in Bezug auf die Achsen 206, 208 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 kann derart gewählt werden, dass ein vordefinierter Betrieb der orthopädischen Vorrichtung 200 möglich ist. Mögliche Konfigurationen und Anordnungen von einem oder mehreren Funktionselementen in einem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil werden in Bezug auf 3A bis 3F noch näher beschrieben.
2B zeigt eine mögliche Verbindung zwischen dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 und dem Funktionselement 204 in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten.
Gemäß verschiedenen Aspekten, wie in 2B gezeigt ist, kann das mindestens eine Funktionselement 204 abschnittsweise textiltechnisch mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 (z.B. mit dem Fasermaterial) gekoppelt sein und/oder abschnittsweise textiltechnisch in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein. Das Funktionselement 204 (z.B. jedes der ein oder mehreren Funktionselemente 204) kann abschnittsweise mit Fasern 212 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 textiltechnisch verbunden sein, z.B. mittels einer textiltechnischen Verbindung bzw. Einarbeitung. Eine textiltechnische Verbindung bzw. Einarbeitung kann beispielsweise mittels Webens, Flechtens, Strickens, usw., des (z.B. als Draht ausgestalteten) Funktionselements 204 mit den Fasern 212 des Faserverbundwerkstoffes erzeugt werden. Eine textiltechnische Verbindung kann beispielsweise eine Formschlussverbindung sein, beispielsweise gebildet zwischen Elementen (z.B. Fasern, bandförmigen Elementen, etc.) des Faserverbundwerkstoffs und dem Funktionselements 204. Beispielsweise kann die Formgedächtnislegierung des Funktionselements 204 parallel zur Kett- oder Schussrichtung oder in einem beliebigen Winkel zur Faserrichtung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 (anschaulich, der textilen Verstärkungsstruktur) angeordnet sein. Beispielsweise kann das Funktionselement 204 mindestens in den seitlichen Abschnitten 214b des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 textiltechnisch gekoppelt bzw. integriert sein. Das Funktionselement 204 kann einen gewellten Abschnitt aufweisen, welcher in die Fasern 212 des Faserverbundwerkstoffes eingebettet ist.
Die textiltechnische Verbindung stellt eine robuste Anordnung bereit, welche eine feste Verbindung zwischen dem Funktionselement 204 und dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gewährleistet, ohne auf komplexere und kostenintensivere Techniken (z.B. Fügetechnologie) zurückzugreifen.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann in einem Bereich 214a (z.B. im zentralen Abschnitt) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 eine Gleitschicht 216 zwischen dem Funktionselement 204 und dem Faserverbundwerkstoff bereitgestellt sein zum Entkoppeln des Funktionselements 204 von dem Faserverbundwerkstoff, siehe 2B. Anschaulich kann das Funktionselement 204 nur abschnittsweise mit dem Faserverbundwerkstoff verbunden sein (z.B. nur in den seitlichen Abschnitten 214b). Die Gleitschicht kann eine Verschiebung des Funktionselements 204 relativ zu dem das Funktionselement 204 umgebenden Faserverbundwerkstoff ermöglichen (anschaulich, relativ zu dem Gewebe). Dies ermöglicht es beispielsweise, vergleichsweise große Kräfte (z.B. Zugkräfte von mehr als 10 N) von dem Funktionselement 204 auf das verformbare Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 übertragen zu können, ohne das verformbare Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 zu beschädigen und/oder ohne dass die Verbindung zwischen dem Funktionselement 204 und dem verformbaren Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 zerstört wird.
Die Gleitschicht kann Kurzfasern (z.B. Fasern mit einer Länge von weniger als 1 mm), Partikel (z.B. Graphit-Partikel), oder ein anderes geeignetes Material mit Gleiteigenschaften aufweisen oder daraus bestehen. Anschaulich kann die Gleitschicht in dem Matrixmaterial des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 einen Kanal bilden, durch welchen hindurch sich das Funktionselement 204 (z.B. als Formgedächtnislegierungsdraht ausgestaltet) erstreckt.
In einigen Aspekten kann das mindestens eine Funktionselement 204 vollständig textiltechnisch mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 (z.B. mit den Fasern) gekoppelt sein und/oder vollständig textiltechnisch in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein (z.B. sowohl in den seitlichen Abschnitten 214b als auch in einem zentralen Abschnitt 214a).
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das mindestens eine Funktionselement 204 eingerichtet sein, die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 zu ändern basierend auf einer Kontraktion des Funktionselements 204 zum Bringen und/oder Unterstützen des Körperteils der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen. Das mindestens eine Funktionselement 204 kann mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein derart, dass die Kontraktion des Funktionselements 204 eine Zugkraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 erzeugt. Anschaulich kann das mindestens eine Funktionselement 204 derart eingerichtet sein, dass es aktiviert werden kann, um eine Kraft auf den Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 auszuüben. Die Aktivierung des Funktionselements 204 kann eine Änderung (z.B. eine Verringerung) seiner Länge bewirken, wie in Bezug auf 1B beschrieben wurde, und die Längenänderung kann eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 bewirken (z.B. um es von seiner ersten, z.B. gewölbten, Form in seine zweite, z.B. gerade, Form zu bringen).
Die Kontraktion des Funktionselements 204 kann somit die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 beeinflussen. Das mindestens eine Funktionselement 204 kann derart mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gekoppelt bzw. in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 mittels der von dem Funktionselement 204 erzeugten Zugkraft aus seiner ersten (ursprünglichen) Form in seine zweite (verformte) Form gebracht werden kann. Anschaulich kann die Längenänderung ΔL des Funktionselements 204 eine Biegung (oder allgemein eine Verformung) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erzeugen. Eine Kraft kann von dem Funktionselement 204 auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 übertragen werden, wenn sich die Länge L1 des Funktionselements 204 ändert (wenn das Funktionselement 204 sich in dem zweiten Aktorzustand befindet), z.B. auf eine Länge L2 verringert.
Wie in Bezug auf 1A beispielhaft beschrieben wurde, kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 in dem Ausgangszustand beispielsweise in einer gewölbten Form sein. Wenn das Funktionselement 204 in den aktiven Zustand (in den zweiten Aktorzustand) geschaltet wird, kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 mittels der von dem Funktionselement 204 erzeugten Zugkraft von dem Ausgangszustand in einen temporären Zustand, beispielsweise aus der ersten Form in die zweite (gerade) Form gebracht werden. Wenn das Funktionselement 204 in den inaktiven Zustand (in den ersten Aktorzustand) geschaltet wird, kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 mittels der Rückstellkraft des Materials von dem temporären Zustand in den Ausgangszustand, beispielsweise aus der zweiten Form in die erste Form zurückkehren.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 kann derart ausgestaltet sein, dass das Funktionselement 204 wieder auf (s)eine Ausgangslänge L1 gebracht wird, wenn die Formgedächtnislegierung auf eine Temperatur, T, unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur, T_U, abgekühlt wird. Anschaulich wird eine rücktreibende Kraft von dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 auf das Funktionselement 204 übertragen, so dass das Funktionselement 204 bezüglich der Längenänderung, ΔL, reversibel betrieben werden kann (auch als extrinsischer Zweiwege-Aktor bezeichnet).
Die mindestens zwei Positionen können derart gewählt werden, dass sie eine vordefinierte Muskel- und/oder Skelettunterstützung für den Körperteil bieten. Beispielsweise kann eine erste Position der mindestens zwei Positionen eine Ruheposition sein, in der die orthopädische Vorrichtung 200 dem Körperteil eine Basisunterstützung bietet, und die zweite Position kann eine aktive Position sein, in der die orthopädische Vorrichtung 200 dem Körperteil eine aktive Unterstützung bietet. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann die zweite (aktive) Position derart gewählt sein, dass sie eine Aufrichtung der Wirbelsäule der Person ermöglicht (siehe auch 1A).
Die mindestens zwei Positionen können zu einer jeweiligen Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 und einem jeweiligen Betätigungszustand des Funktionselements 204 zugeordnet sein. Anschaulich kann die erste (z.B. gewölbte) Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 zu einer ersten (Ruhe-)Position der mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen zugeordnet sein, und die zweite (z.B. gerade) Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 kann zu einer zweiten (aktiven) Position der mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen zugeordnet sein. Der erste (inaktive) Aktorzustand des Funktionselements 204 kann der ersten Position zugeordnet ist, und der zweite (aktive) Aktorzustand des Funktionselements 204 kann der zweiten Position zugeordnet sein. Es versteht sich, dass die orthopädische Vorrichtung 200 derart eingerichtet sein kann, dass sie den Körperteil in mehr als zwei Positionen unterstützt, entsprechend der Betätigung des Funktionselements 204 und der entsprechenden Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann die orthopädische Vorrichtung 200 eine Steuervorrichtung 210 aufweisen. Die Steuervorrichtung 210 kann eingerichtet sein zum Ansteuern des mindestens einen Funktionselements 204 derart, dass sich die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 verändert. Anschaulich kann die Steuervorrichtung 210 eingerichtet sein zum Ansteuern der Aktivierung des Funktionselements 204, um eine vordefinierte Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 zu bewirken.
Die Steuervorrichtung 210 kann eingerichtet sein, das Funktionselement 204 aus dem ersten (inaktiven) Aktorzustand in den zweiten (aktiven) Aktorzustand zu bringen, um die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 zu verändern (illustrativ, um das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 von der ersten, z.B. gewölbten, Form in die zweite, z.B. gerade, Form zu bringen). Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 210 eingerichtet sein, das Funktionselement 204 durch Steuern einer Temperatur des Funktionselements 204 (z.B. einer Temperatur der Formgedächtnislegierung des Funktionselements 204) zu aktivieren und deaktivieren. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 210 derart eingerichtet sein, dass sie das Funktionselement 204 erwärmt (auf eine Temperatur, die höher ist als die Phasenumwandlungstemperatur), um das Funktionselement 204 aus dem ersten Aktorzustand in den zweiten Aktorzustand zu bringen.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Steuervorrichtung 210 zusätzlich oder alternativ zur Steuerung des Funktionselements 204, um eine vordefinierte Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 bereitzustellen, derart eingerichtet sein, dass sie das Funktionselement 204 steuert, um eine Vibration zu erzeugen. Die erzeugte Vibration kann einen positiven Effekt auf Gesundheitszustände haben, welche Muskeln und/oder Knochen betreffen, z.B. kann sie einen positiven Effekt auf Osteoporose bereitstellen.
Die Steuervorrichtung 210 kann eingerichtet sein zum zyklischen Aktiveren und Deaktivieren des Funktionselements 204 (z.B. einige oder jedes von ein oder mehreren Funktionselemente 204) zum Erzeugen der Vibration (z.B. in dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202). Die zyklische Aktivierung und Deaktivierung des Funktionselements 204 kann eine pulsierende Veränderung der Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erzeugen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 210 derart eingerichtet sein, dass sie periodisch eine Kontraktion und eine Relaxation des Funktionselements 204 (von der ersten Länge L1 auf die zweite Länge L2 und umgekehrt) bewirkt, um eine Kraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 auszuüben, und dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 anschließend ermöglichen, in seinen Ausgangszustand zurückzukehren.
Die Steuervorrichtung 210 kann derart eingerichtet sein, dass sie einen Vibrationszyklus für eine vordefinierte Anzahl von Wiederholungen ausführt. Der vordefinierte Vibrationszyklus kann aufweisen: Bringen des Funktionselements 204 aus dem ersten Aktorzustand in den zweiten Aktorzustand (z.B. mittels Erwärmens des Funktionselements 204 auf eine Temperatur, welche größer als die Phasenumwandlungstemperatur ist); und Bringen des Funktionselements 204 aus dem zweiten Aktorzustand in den ersten Aktorzustand (z.B. durch Beenden des Erwärmens des Funktionselements 204, z.B. durch Abkühlung des Funktionselements 204 auf eine Temperatur, welche kleiner als die Phasenumwandlungstemperatur ist).
Die vordefinierte Anzahl von Wiederholungen kann derart gewählt werden, dass eine vordefinierte Vibration im Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 (und anschaulich in dem Körperteil, wenn die orthopädische Vorrichtung 200 an dem Körperteil aufgebracht wird) erzeugt wird. Als numerisches Beispiel kann die vordefinierte Anzahl von Wiederholungen im Bereich von 5 bis 100 liegen, beispielsweise im Bereich von 10 bis 50. Als weiteres numerisches Beispiel kann jede Wiederholung des vordefinierten Vibrationszyklus eine Dauer im Bereich von 1 s bis 20 s haben, beispielsweise im Bereich von 2 s bis 10 s. Es versteht sich, dass die Anzahl der Wiederholungen und die Dauer einer Wiederholung angepasst werden können, um eine vordefinierte Vibration zu erzeugen.
Die Steuervorrichtung 210 kann somit derart eingerichtet sein, dass sie die Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 steuert, um den Körperteil in verschiedenen Positionen zu unterstützen und/oder die Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 zyklisch zu induzieren, um Schwingungen zu dem Körperteil bereitzustellen.
Im Folgenden werden verschiedene mögliche Ausgestaltungen einer orthopädischen Vorrichtung beschrieben, z.B. verschiedene mögliche Anordnungen von ein oder mehreren Funktionselementen in einem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil. Die im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen können eine effiziente Kraftübertragung von dem ein oder den mehreren Funktionselementen auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil ermöglichen, z.B. eine effiziente Unterstützung und/oder eine effiziente Vibration. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Ausgestaltungen, z.B. andere Anordnungen der ein oder der mehreren Funktionselemente, vorgesehen werden können.
3A bis 3F zeigen jeweils eine orthopädische Vorrichtung 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 302 (mit einer Longitudinalachse 306 und einer Querachse 308) und ein oder mehrere Funktionselemente 304, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 302 gekoppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 302 integriert sind. Die orthopädische Vorrichtung 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f kann wie die orthopädische Vorrichtung 200 eingerichtet sein (anschaulich kann die orthopädische Vorrichtung 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f beispielhafte Implementierungen der orthopädischen Vorrichtung 200 darstellen). Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 302 und die ein oder mehreren Funktionselemente 304 können wie das Funktionselemente 100, 202 und die ein oder mehreren Funktionselemente 150, 204 eingerichtet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Funktionselemente 304 als Formgedächtnislegierungsdrahte ausgestaltet sein.
Es versteht sich, dass die Darstellung der orthopädischen Vorrichtung 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f vereinfacht sein kann, und dass die orthopädische Vorrichtung 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f zusätzliche Komponenten aufweisen kann (z.B. ein oder mehrere Befestigungsmittel, eine Steuervorrichtung usw.).
Gemäß verschiedenen Aspekten, wie in 3A gezeigt ist, kann die orthopädische Vorrichtung 300a ein Funktionselement 304 aufweisen, welches sich entlang der Longitudinalachse 306 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 (z.B. entlang der Wirbelsäule einer Person) erstreckt. In einer alternativen Ausgestaltung, wie in 3B gezeigt ist, kann die orthopädische Vorrichtung 300b eine Vielzahl von Funktionselementen 304 aufweisen, die sich entlang (und/oder parallel zu) der Longitudinalachse 306 erstrecken. Beispielhaft kann die orthopädische Vorrichtung 300b ein Array von Funktionselementen 304 aufweisen, von denen sich jedes entlang und/oder parallel zu der Longitudinalachse 306 erstreckt und welche entlang der Querachse 308 verteilt sind (z.B. in regelmäßigen Abständen). Beispielsweise kann die orthopädische Vorrichtung 300b eine Mehrzahl von Formgedächtnislegierungsdrahte geführt in Richtung der Longitudinalachse (z.B. entlang der Wirbelsäule) eines Menschen aufweisen.
Die ein oder mehreren Funktionselemente 304 können derart angeordnet sein, dass die Kontraktion der ein oder mehreren Funktionselement 304 eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 entlang seiner Longitudinalachse 306 bewirkt (siehe auch 1A), z.B. um den Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 302 in eine geradere Form zu bringen, beispielsweise um den Rücken einer Person zu stützen (z.B. um den Faser-Kunststoff-Verbundbauteil von einer gewölbten Form in eine geradere Form in Bezug auf eine Krümmung um die Querachse 308 zu bringen). Anschaulich kann eine Steuervorrichtung der orthopädischen Vorrichtung 300a, 300b derart eingerichtet sein, dass sie die ein oder mehreren entlang der Longitudinalachse 306 angeordneten Funktionselemente 304 steuert, um die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 entlang der Longitudinalachse 306 zu verändern.
Zusätzlich oder alternativ können die ein oder mehreren Funktionselemente 304 eine Vibration des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 entlang der Longitudinalachse 306 bewirken. Die Kontraktion der ein oder mehreren Funktionselemente 304 entlang der Länge des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 kann eine vordefinierte Vibration in dieser Richtung bereitstellen. Anschaulich kann die Steuervorrichtung der orthopädischen Vorrichtung 300a, 300b derart eingerichtet sein, dass sie die ein oder mehreren Funktionselemente 304, welche entlang bzw. parallel zu der Longitudinalachse 306 angeordnet sind, zyklisch aktiviert und deaktiviert, um eine vordefinierte Vibration entlang der Longitudinalachse 306 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 (z.B. entlang der Wirbelsäule einer Person, im Falle einer Rückenorthese) zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann die orthopädische Vorrichtung 300c ein Funktionselement 304 aufweisen, welches sich entlang einer Richtung in einem Winkel zu der Longitudinalachse 306 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 erstreckt. In einer beispielhaften Konfiguration, wie in 3C gezeigt, kann die orthopädische Vorrichtung 300c ein Funktionselement 304 aufweisen, welches sich entlang der Querachse 308 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 (anschaulich in einem Winkel von 90° zur Longitudinalachse 306, z.B. quer zur Wirbelsäule) erstreckt. In einer alternativen Ausgestaltung, wie in 3D gezeigt, kann die orthopädische Vorrichtung 300d eine Vielzahl von Funktionselementen 304 aufweisen, welche sich entlang einer Richtung in einem Winkel zu der Longitudinalachse 306 (z.B. entlang bzw. parallel zu der Querachse 308) erstrecken. Beispielsweise kann die orthopädische Vorrichtung 300d ein Array von Funktionselementen 304 aufweisen, von denen sich jedes entlang einer Richtung in einem Winkel zur Longitudinalachse 306 erstreckt (z.B. entlang einer Richtung parallel zur Querachse 308) und welche entlang der Longitudinalachse 306 verteilt sind (z.B. in regelmäßigen Abständen).
Im Folgenden können verschiedene Aspekte für eine Konfiguration beschrieben werden, in welcher ein oder mehrere Funktionselemente 304 entlang bzw. parallel zu der Querachse 308 angeordnet sind. Es versteht sich jedoch, dass die hier beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auch für ein oder mehrere Funktionselemente 304 gelten können, welche entlang einer Richtung angeordnet sind, die in einem Winkel (anders als 0° und anders als 90°) mit der Longitudinalachse 306 ist.
Die Ausrichtung orthogonal zur Longitudinalachse 306 kann eine effiziente Konfiguration für die Verwendung der orthopädischen Vorrichtung 300c, 300d für Rückenleiden darstellen. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Ausrichtungen der ein oder mehreren Funktionselemente(s) 304 vorgesehen werden können, z.B. in anderen Winkeln in Bezug auf die Longitudinalachse 306.
Beispielsweise können die ein oder mehreren Funktionselemente 304 derart angeordnet sein, dass die Kontraktion der ein oder mehreren Funktionselemente 304 eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 entlang seiner Querachse 308 bewirkt. Anschaulich kann die Steuervorrichtung der orthopädischen Vorrichtung 300 derart eingerichtet sein, dass sie die ein oder mehreren Funktionselemente 304, welche entlang bzw. parallel zu der Querachse 308 angeordnet sind, steuert, um die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 entlang der Querachse 308 zu verändern (z.B. um das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil von einer gewölbten Form in eine geradere Form in Bezug auf eine Krümmung um die Longitudinalachse 306 zu bringen).
Zusätzlich oder alternativ können die ein oder mehreren Funktionselemente 304 eine Vibration des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 entlang der Querachse 308 bewirken. Die Kontraktion der ein oder mehreren Funktionselemente 304 entlang der Breite des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 kann eine vordefinierte Vibration in dieser Richtung bereitstellen. Anschaulich kann die Steuervorrichtung der orthopädischen Vorrichtung 300c, 300d derart eingerichtet sein, dass sie die ein oder mehreren Funktionselemente 304, welche entlang bzw. parallel zu der Querachse 308 angeordnet sind, zyklisch aktiviert und deaktiviert, um eine vordefinierte Vibration entlang der Querachse 308 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 zu erzeugen (z.B. orthogonal zur Wirbelsäule einer Person, im Falle einer Rückenorthese).
Die Konfigurationen in 3A bis 3D können miteinander kombiniert werden, um eine orthopädische Vorrichtung 300e, 300f bereitzustellen, welche eine Konfiguration mit Funktionselementen 304 aufweist, die entlang bzw. parallel zu beider Achsen des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 angeordnet sind.
Wie in 3E gezeigt ist, kann die orthopädische Vorrichtung 300e eine Vielzahl von Funktionselementen 304 aufweisen, und mindestens ein (erstes) Funktionselement 304-1 kann sich entlang der Longitudinalachse 306 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 erstrecken, und mindestens ein weiteres (zweites) Funktionselement 304-2 kann sich entlang der Querachse 308 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 erstrecken. In einer alternativen Konfiguration, wie in 3F gezeigt ist, kann die orthopädische Vorrichtung 300f mindestens ein (erstes) Funktionselement 304-1 aufweisen, welches sich entlang der Longitudinalachse 306 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 erstreckt, und eine Vielzahl weiterer (zweiter) Funktionselemente 304-2, welche sich entlang bzw. parallel zu der Querachse 308 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 erstrecken. Es versteht sich, dass auch eine weitere Konfiguration (nicht dargestellt) vorgesehen werden kann, bei dem die orthopädische Vorrichtung eine Vielzahl von ersten Funktionselementen 304-1, welche sich entlang bzw. parallel zu der Longitudinalachse 306 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 erstrecken, und eine Vielzahl von zweiten Funktionselementen 304-2, welche sich entlang der Querachse 308 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 erstrecken, aufweist.
Die in 3E und 3F dargestellten „gekreuzten“ Konfigurationen können erhöhte Fähigkeiten der orthopädischen Vorrichtung 300e, 300f bieten. Die Steuervorrichtung der orthopädischen Vorrichtung 300e, 300f kann derart eingerichtet sein, dass sie die ein oder mehreren Funktionselemente 304, welche sich entlang bzw. parallel zu der Longitudinalachse 306 und/oder der Querachse 308 angeordnet sind, individuell oder in Kombination miteinander steuert. Die Vielzahl von Funktionselementen können es ermöglichen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 302 mittels der Vielzahl von Funktionselementen in mehrere voneinander verschiedene Formen gebracht werden kann und somit beispielsweise mehrere voneinander verschiedene Stellungen für das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 302 definiert bzw. ermöglicht werden.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung der orthopädischen Vorrichtung 300e, 300f derart eingerichtet sein, dass sie die ein oder mehreren ersten Funktionselemente 304-1 (z.B. alle oder eine Untergruppe der ein oder mehreren ersten Funktionselemente 304-1) steuert, um eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 entlang der Longitudinalachse 306 zu bewirken (z.B. um es in die zweite, geradere Form zu bringen), und dass sie die ein oder mehreren zweiten Funktionselemente 304-2 (z.B. alle oder eine Untergruppe der ein oder mehreren zweiten Funktionselemente 304-2) zyklisch aktiviert und deaktiviert, um eine Vibration entlang der Querachse 308 zu erzeugen, oder umgekehrt.
Als weiteres Beispiel kann die Steuervorrichtung derart eingerichtet sein, dass sie die ein oder mehreren ersten Funktionselemente 304-1 und die ein oder mehreren zweiten Funktionselemente 304-2 zyklisch aktiviert und deaktiviert, um eine Vibration entlang der Longitudinalachse 306 und entlang der Querachse 308 zu erzeugen.
Als weiteres Beispiel kann die Steuervorrichtung derart eingerichtet sein, dass sie die ein oder mehreren ersten Funktionselemente 304-1 und die ein oder mehreren zweiten Funktionselemente 304-2 steuert, um eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 302 entlang der Longitudinalachse 306 und entlang der Querachse 308 zu bewirken.
4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betreiben einer orthopädischen Vorrichtung (z.B. der orthopädischen Vorrichtung 200, 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f). Das Verfahren 400 kann ein Verfahren sein zum Betreiben einer orthopädischen Vorrichtung aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil und ein oder mehrere Funktionselemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekoppelt bzw. in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind. Die ein oder mehreren Funktionselemente können entlang bzw. parallel zu der Longitudinalachse und/oder der Querachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils angeordnet sein, wie oben beschrieben wurde.
Das Verfahren 400 kann aufweisen: zyklisches Aktivieren und Deaktivieren der ein oder mehreren Funktionselemente, um eine vordefinierte Vibration zu erzeugen (z.B. entlang der Longitudinalachse und/oder entlang der Querachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils). Anschaulich kann das Verfahren 400 aufweisen: Ausführen eines Vibrationszyklus für eine vordefinierte Anzahl von Wiederholungen. Wie in 4 gezeigt ist, kann das Verfahren 400 aufweisen: in 410, Bringen der ein oder mehreren Funktionselemente aus dem ersten (inaktiven) Aktorzustand in den zweiten (aktiven) Aktorzustand (z.B. mittels Erwärmens der ein oder mehreren Funktionselemente auf eine Temperatur, welche größer als die Phasenumwandlungstemperatur ist). Das Verfahren kann ferner aufweisen, in 420, Bringen der ein oder mehreren Funktionselemente aus dem zweiten (aktiven) Aktorzustand in den ersten (inaktiven) Aktorzustand (z.B. durch Beenden des Erwärmens der ein oder mehreren Funktionselemente, z.B. durch Abkühlung der ein oder mehreren Funktionselemente auf eine Temperatur, welche kleiner als die Phasenumwandlungstemperatur ist).
Das Verfahren 400 kann ferner aufweisen: Wiederholen des Bringens der ein oder mehreren Funktionselemente aus dem ersten Aktorzustand in den zweiten Aktorzustand, und Wiederholen des Bringens der ein oder mehreren Funktionselemente aus dem zweiten Aktorzustand in den ersten Aktorzustand für eine vordefinierte Anzahl von Wiederholungen.
Zur Realisierung des hierin beschriebenen adaptiven kinematischen Systems (am Beispiel einer orthopädischen Vorrichtung) werden adaptive Funktionselemente, z.B. FGL, automatisiert einstufig in die textile Verstärkungsstruktur auf Basis von Hochleistungsfasern integriert. Für die optimale Kraftübertragung von adaptiven kinematischen Systems ist die textiltechnische Integration von adaptiven Funktionselementen in die Verstärkungsstruktur von Vorteil. Die adaptiven Funktionselemente können textiltechnisch parallel zur Kett- und Schussrichtung oder in einem beliebigen Winkel zur Faserrichtung sowohl in der Ober- und der Unterseite der textilen Verstärkungsstruktur integriert werden. Beispielsweise während der thermisch induzierten Aktivierung der FGL kann die adaptive FKV die Wirbelsäule aufrichten oder den Kyphosewinkel reduzieren, während gleichzeitig die Muskeln trainiert werden können.
Die hierin beschriebene Anordnung stellt eine gewichtsparende und kostengünstige Lösung für adaptive kinematische und schwingende System (am Beispiel einer orthopädischen Vorrichtung) bereit, welche auf Basis energie- und materialeffizienter aktorischer Prinzipien unter Berücksichtigung des Leichtbaugedankens anforderungsspezifische Bewegungen generieren können.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das vorangehend Beschriebene und Dargestellte beziehen (z.B. auf die orthopädische Vorrichtung 200, 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f und auf das Verfahren 400).
Beispiel 1 ist eine orthopädische Vorrichtung aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eingerichtet zum Anlegen an einen Körperteil einer Person; und mindestens ein Funktionselement, welches mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert ist und welches eingerichtet ist, eine Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion des Funktionselements zum Bringen und/oder Unterstützen des Körperteils der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen.
In Beispiel 2 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 1 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine Funktionselement eine Formgedächtnislegierung aufweist oder daraus besteht.
In Beispiel 3 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 1 oder 2 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine Funktionselement ein Formgedächtnislegierungsdraht ist bzw. einen Formgedächtnislegierungsdraht aufweist.
In Beispiel 4 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine Funktionselement als Einweg-Aktorelement ausgestaltet ist.
In Beispiel 5 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine Funktionselement mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert ist derart, dass die Kontraktion des Funktionselements eine Zugkraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil erzeugt.
In Beispiel 6 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine Funktionselement einen ersten Aktorzustand und einen zweiten Aktorzustand hat, dass das mindestens eine Funktionselement derart eingerichtet ist, dass es eine erste Länge hat, wenn das mindestens eine Funktionselement in dem ersten Aktorzustand ist, und dass es eine zweite Länge hat, wenn das mindestens eine Funktionselement in dem zweiten Aktorzustand ist, und dass die zweite Länge kleiner als die erste Länge ist.
In Beispiel 7 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 6 optional ferner aufweisen, dass wenn das mindestens eine Funktionselement in dem ersten Aktorzustand ist, die Formgedächtnislegierung des Funktionselements eine Temperatur unterhalb dessen Phasenumwandlungstemperatur aufweist, und dass, wenn das Funktionselement in dem zweiten Aktorzustand ist, die Formgedächtnislegierung des Funktionselements eine Temperatur oberhalb dessen Phasenumwandlungstemperatur aufweist.
In Beispiel 8 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 6 oder 7 optional ferner aufweisen, dass der erste Aktorzustand des mindestens einen Funktionselements einer ersten Position der mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen zugeordnet ist, und dass der zweite Aktorzustand des mindestens einen Funktionselements einer zweiten Position der mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen zugeordnet ist.
In Beispiel 9 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 8 optional ferner aufweisen, dass sich das mindestens eine Funktionselement entlang einer Longitudinalachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (z.B. entlang der Wirbelsäule) erstreckt.
In Beispiel 10 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 9 optional ferner aufweisen, dass sich das mindestens eine Funktionselement entlang einer Richtung in einem Winkel zu einer Longitudinalachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils erstreckt.
In Beispiel 11 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 optional ferner aufweisen, dass sich das mindestens eine Funktionselement entlang einer Querachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (z.B. quer zu der Wirbelsäule) erstreckt.
In Beispiel 12 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 11 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine Funktionselement eine Vielzahl von Funktionselementen aufweist, dass sich mindestens ein erstes Funktionselement der Vielzahl von Funktionselementen entlang einer Longitudinalachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils erstreckt, und dass sich mindestens ein zweites Funktionselement der Vielzahl von Funktionselementen entlang einer Querachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils erstreckt.
In Beispiel 13 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 12 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine Funktionselement eine Vielzahl von ersten Funktionselementen aufweist, welche sich entlang (bzw. parallel zu) einer Longitudinalachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils erstrecken, und eine Vielzahl von zweiten Funktionselementen aufweist, welche sich entlang (bzw. parallel zu) einer Querachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils erstrecken.
In Beispiel 14 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 13 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil zumindest abschnittsweise verformbar ist derart, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil zumindest in eine erste Form und eine zu der ersten Form unterschiedliche zweite Form gebracht werden kann.
In Beispiel 15 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 14 optional ferner aufweisen, dass die erste Form einer ersten Position der mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen zugeordnet ist, und dass die zweite Form einer zweiten Position der mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen zugeordnet ist.
In Beispiel 16 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 15 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil federelastisch verformbar ist.
In Beispiel 17 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 16 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass es aus der ersten Form federelastisch in die zweite Form verformbar ist; oder dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass es aus der zweiten Form federelastisch in die erste Form verformbar ist.
In Beispiel 18 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 17 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aus einem Material derart ausgestaltet ist, dass das Material dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eine Rückstellkraft verleiht.
In Beispiel 19 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 14 bis 18 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass eine Rückstellkraft erzeugt wird, wenn das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aus der ersten Form ausgelenkt wird; oder dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass eine Rückstellkraft erzeugt wird, wenn das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aus der zweiten Form ausgelenkt wird.
In Beispiel 20 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 14 bis 19 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart abschnittsweise federelastisch verformbar ist, dass eine rücktreibende Kraft erzeugt wird, welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil von der zweiten Form in die erste Form bringt.
In Beispiel 21 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 20 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil ein Fasermaterial aufweist oder aus einem Fasermaterial besteht.
In Beispiel 22 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 21 optional ferner aufweisen, dass das mindestens eine Funktionselement abschnittsweise textiltechnisch mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (z.B. mit den Fasern des Fasermaterials) gekoppelt ist und/oder abschnittsweise textiltechnisch in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert ist.
In Beispiel 23 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 22 optional ferner aufweisen: eine Steuervorrichtung eingerichtet zum Ansteuern des mindestens einen Funktionselements derart, dass sich die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils verändert.
In Beispiel 24 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 23 optional ferner aufweisen, dass die Steuervorrichtung eingerichtet ist, das Funktionselement aus dem ersten (inaktiven) Aktorzustand in den zweiten (aktiven) Aktorzustand zu bringen, um die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu verändern.
In Beispiel 25 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 24 optional ferner aufweisen, dass die Steuervorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie das Funktionselement erwärmt (auf eine Temperatur, die höher ist als die Phasenumwandlungstemperatur), um das Funktionselement aus dem ersten Aktorzustand in den zweiten Aktorzustand zu bringen.
In Beispiel 26 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 23 bis 25 optional ferner aufweisen, dass die Steuervorrichtung eingerichtet ist zum zyklischen Aktiveren und Deaktivieren der Funktionselemente zum Erzeugen einer Vibration.
In Beispiel 27 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 23 bis 26 optional ferner aufweisen, dass die Steuervorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie einen Vibrationszyklus für eine vordefinierte Anzahl von Wiederholungen ausführt, und dass der vordefinierte Vibrationszyklus aufweist: Bringen des Funktionselements aus dem ersten Aktorzustand in den zweiten Aktorzustand; und Bringen des Funktionselements aus dem zweiten Aktorzustand in den ersten Aktorzustand.
In Beispiel 28 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 27 optional ferner aufweisen, dass jede Wiederholung des vordefinierten Vibrationszyklus eine Dauer im Bereich von 1 s bis 20 s hat, beispielsweise im Bereich von 2 s bis 10 s.
In Beispiel 29 kann die orthopädische Vorrichtung gemäß Beispiel 27 oder 28 optional ferner aufweisen, dass die Anzahl der Wiederholungen und die Dauer einer Wiederholung ausgewählt sind, um eine vordefinierte Vibration zu erzeugen.
Beispiel 30 ist eine Rückenorthese, aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eingerichtet zum Anlegen an einen Rücken einer Person, ein oder mehrere Funktionselemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind und welche eingerichtet sind, eine Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Funktionselemente zum Bringen und/oder Unterstützen des Rückens der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen.
In Beispiel 31 kann die Rückenorthese gemäß Beispiel 30 ein oder mehrere Merkmale der Beispiele 1 bis 29 aufweisen.
Beispiel 32 ist eine Rückenorthese aufweisend mindestens ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil mit darin integrierten Formgedächtnislegierungsdrähten, z.B. geführt in Richtung der Longitudinalachse (z.B. entlang der Wirbelsäule) eines Menschen, wobei die Formgedächtnislegierungsdrähte angesteuert werden können zum Beeinflussen der Form des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils.
In Beispiel 33 kann die Rückenorthese gemäß Beispiel 30 ein oder mehrere Merkmale der Beispiele 1 bis 31 aufweisen.
Beispiel 34 ist ein Verfahren zum Betreiben einer orthopädischen Vorrichtung, wobei die orthopädische Vorrichtung ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eingerichtet zum Anlegen an einen Körperteil einer Person und mindestens ein Formgedächtnislegierung-Funktionselement, welches mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert ist, aufweist, das Verfahren aufweisend: zyklisch Aktivieren und Deaktivieren des mindestens einen Formgedächtnislegierung-Funktionselements zum Erzeugen einer Vibration.
In Beispiel 35 kann das Verfahren gemäß Beispiel 34 ein oder mehrere Merkmale der Beispiele 1 bis 33 aufweisen.
Beispiel 36 ist ein Verfahren zum Betreiben einer orthopädischen Vorrichtung, wobei die orthopädische Vorrichtung ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil mit darin integrierten Formgedächtnislegierungsdrähten aufweist, das Verfahren aufweisend: zyklisch Aktivieren und Deaktivieren der integrierten Formgedächtnislegierungsdrähten zum Erzeugen einer Vibration.
In Beispiel 37 kann das Verfahren gemäß Beispiel 36 ein oder mehrere Merkmale der Beispiele 1 bis 33 aufweisen.
Beispiel 38 ist eine orthopädische Vorrichtung aufweisend: ein Verbundbauteil eingerichtet zum Anlegen an einen Körperteil einer Person; und mindestens ein Funktionselement, welches mit dem Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Verbundbauteil integriert ist und welches eingerichtet ist, eine Form des Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion des Funktionselements zum Bringen und/oder Unterstützen des Körperteils der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen.

Claims

Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) eingerichtet zum Anlegen an einen Körperteil einer Person; und mindestens ein Funktionselement (150, 204, 304), welches mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) integriert ist und welches eingerichtet ist, eine Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 302) zu ändern basierend auf einer Kontraktion des Funktionselements (150, 204, 304) zum Bringen und/oder Unterstützen des Körperteils der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß Anspruch 1, wobei das mindestens eine Funktionselement (150, 204, 304) eine Formgedächtnislegierung aufweist oder daraus besteht.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Funktionselement (150, 204, 304) ein Formgedächtnislegierungsdraht ist bzw. einen Formgedächtnislegierungsdraht aufweist.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine Funktionselement (150, 204, 304) als Einweg-Aktorelement ausgestaltet ist.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich das mindestens eine Funktionselement (150, 204, 304) entlang einer Longitudinalachse (102, 206, 306) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 302) erstreckt.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich das mindestens eine Funktionselement (150, 204, 304) entlang einer Querachse (208, 308) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 302) erstreckt.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine Funktionselement (150, 204, 304) eine Vielzahl von Funktionselementen (150, 204, 304) aufweist, wobei sich mindestens ein erstes Funktionselement (304-1) der Vielzahl von Funktionselementen (150, 204, 304) entlang einer Longitudinalachse (102, 206, 306) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 302) erstreckt, und wobei sich mindestens ein zweites Funktionselement (304-2) der Vielzahl von Funktionselementen (150, 204, 304) entlang einer Querachse (208, 308) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 302) erstreckt.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) zumindest abschnittsweise verformbar ist derart, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) zumindest in eine erste Form und eine zu der ersten Form unterschiedliche zweite Form gebracht werden kann.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) federelastisch verformbar ist.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das mindestens eine Funktionselement (150, 204, 304) abschnittsweise textiltechnisch mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) gekoppelt ist und/oder textiltechnisch abschnittsweise in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) integriert ist.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung (210) eingerichtet zum Ansteuern des mindestens einen Funktionselements (150, 204, 304) derart, dass sich die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 302) verändert.
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung (210) eingerichtet ist zum zyklischen Aktiveren und Deaktivieren der Funktionselemente (150, 204, 304) zum Erzeugen einer Vibration (100, 202, 302).
Orthopädische Vorrichtung (200, 300a-300f) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuervorrichtung (210) derart eingerichtet ist, dass sie einen Vibrationszyklus für eine vordefinierte Anzahl von Wiederholungen ausführt, und wobei der vordefinierte Vibrationszyklus aufweist: Bringen des Funktionselements (150, 204, 304) aus dem ersten Aktorzustand in den zweiten Aktorzustand; und Bringen des Funktionselements (150, 204, 304) aus dem zweiten Aktorzustand in den ersten Aktorzustand.
Rückenorthese, aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) eingerichtet zum Anlegen an einen Rücken einer Person, ein oder mehrere Funktionselemente (150, 204, 304), welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) integriert sind und welche eingerichtet sind, eine Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 302) zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Funktionselemente (150, 204, 304) zum Bringen und/oder Unterstützen des Rückens der Person in mindestens zwei voneinander verschiedenen Positionen.
Rückenorthese aufweisend: mindestens ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 302) mit darin integrierten Formgedächtnislegierungsdrähten, wobei die Formgedächtnislegierungsdrähte angesteuert werden können zum Beeinflussen der Form des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils (100, 202, 302).