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Die
Erfindung befasst sich mit einer hyperelastischen Seilfeder, welche
sich für
eine Verwendung im Bereich der Chirurgie bzw. Orthopädie anbietet.
Insbesondere der Bereich der künstlichen Sehnen
und Bänder
in der Ersatzprothetik für
den adaptiven Bewegungsapparat oder für humanoide Roboter ist ein
potentielles Einsatzgebiet.
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[Stand der Technik]
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Für die Anwendung
in der Prothetik werden oft aufwändige
mechanische Vorrichtungen eingesetzt. Bekannt sind auch einfache
Seilverbindungen, bei denen allerdings die Spannungs- und Dehnungsverläufe nicht
optimal sind. Außerdem
entsteht bei diesen Verbindungen oft ein Drall (Zug-Torsions-Kopplung).
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In
der Implantatchirurgie werden seit längerem Band- und Seilkonstruktionen
als Sehnenersatz eingesetzt.
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So
wird in
EP 1006947
B1 ein Ligament mit „freien
Fäden" vorgeschlagen, das
auf natürliche Weise
eine Drehung um sich selbst zwischen den beiden Enden des intraartikulären Mittelteils
aufweist. Dies wird erreicht, indem jeder aktive Faden mit einem
Längsdrall
im Urzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn versehen wird.
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Die
Herstellung dieses Ligaments ist sehr aufwändig.
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EP 0639959 B1 offenbart
eine Bänderprothese,
die eine Mehrzahl von im wesentlichen ausgerichteten, länglichen
Filamenten aufweist. Jedes der Filamente ist eine trockene, poröse Volumenmatrix, die
durch Extrusion von bioverträglichen
und bioresorbierbaren Fibrillen gebildet ist.
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Diese
Bänderprothese
soll das Einwachsen von Bänderfibroblasten
ermöglichen.
Sie ist nicht für die
Ersatzprothetik und humanoide Roboter geeignet.
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Auch
in
DE 2827006 A1 wird
eine künstliche Sehnen-
oder Bänderprothese
aus einem langgestreckten flexiblen Strang vorgeschlagen. Der langgestreckte
flexible Strang besteht aus einer Vielzahl von Substratfasern mit
einem fest haftenden dichten Überzug
aus isotropen Kohlenstoff. Durch den Kohlenstoffüberzug wird das Einwachsen
von Gewebe begünstigt.
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Alle
diese Veröffentlichungen
sind darauf gerichtet, implantierbare und damit bioverträgliche Materialien
herzustellen.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Band- oder Seilkonstruktionen zu entwickeln,
die zur Bewegungsdämpfung
bzw. -federung eine gewisse Anfangsnachgiebigkeit besitzen, in Längsrichtung
nicht starr sind und mit größer werdender
Belastung steifer werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung besteht
darin, dass die hyperelastische Seilfeder dadurch gekennzeichnet
ist, dass Rovings aus verdrillten oder unverdrillten Filamenten
oder aus ,wrapped cord' trocken
verflochten sind oder in eine Elastomermatrix eingebettet und dann
verflochten sind.
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In
einer Ausführungsform
werden die trocken geflochtenen Rovings in einer Elastomermatrix
eingegossen.
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Die
geflochtenen, in eine Elastomermatrix eingebetteten Rovings sind
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
in einer Elastomermatrix eingegossen.
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Die
so hergestellten Flechtbänder
besitzen hyperelastische Federeigenschaften.
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[Beispiele]
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Die
Erfindung wird anhand von Beispielen erläutert. Hierzu zeigt
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1a ein
Flechtband aus trocken verflochtenen Rovings,
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1b die
Anordnung der Filamente im Roving,
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2 ein
Flechtband aus trocken verflochtenen und getwisteten Rovings,
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3 ein
Flechtband aus trocken verflochtenen Wrapped Cord mit Wrapp-Faden,
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4 ein
Flechtband aus trocken verflochtenen Rovings oder Wrapped Cord,
wobei jeder Roving mit einer Schutzhülle versehen ist,
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5 ein
Flechtband aus trocken verflochtenen Rovings oder Wrapped Cord,
wobei eine Schutzhülle
um das Flechtband vorgesehen ist,
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6 ein
Flechtband aus verflochtenen Rovings oder Wrapped Cord in ein Elastomer
eingegossen.
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Die
Erfindung kann in verschiedenen Ausführungsformen angewendet werden,
welche sich aus den 3 Roving-Varianten in den 1 bis 3 ergeben.
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In 1a ist
ein Flechtband 1 aus trocken verflochtenen Rovings 2 dargestellt.
Ein Roving 2 setzt sich aus einzelnen Filamenten 9 (Einzelfasern) zusammen.
Es können
bis zu 48 Tausend Einzelfasern zu einem Roving zusammengefügt werden.
Der erfindungsgemäße Roving 2 hat
beispielsweise sechstausend Filamente 9. Die Filamente 9 sind
trocken angeordnet.
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Die
folgenden 12 Ausführungsbeispiele
sind neben anderen möglich:
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a) ungetwistete Rovings
(trocken) verflochten; (1)
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In 1 sind die Rovings 2 nicht getwistet, d.h.
sie sind nicht miteinander verdrillt. Durch das trockene Verflechten
hat das Flechtband 1 keine Rückstellkraft. Die Ausdehnung
der einzelnen Rovings 2 und des Flechtbandes 1 ist
nicht reversibel. Das so hergestellte Flechtband 1 ist
nach der ersten Ausdehnung relativ steif.
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b) getwistete Rovings
(trocken) verflochten; (2)
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2 zeigt
ein Flechtband 1 aus trocken verflochtenen und getwisteten
Rovings 3. Auch hier setzt sich ein Roving 3 aus
einzelnen Filamenten 9 zusammen, mit dem Unterschied, dass
diese getwistet sind.
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c) ,wrapped cord' Rovings (trocken)
verflochten; (3)
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In 3 wird
ein Flechtband 1 aus trocken verflochtenen ,wrapped cord' 4 mit Wrapp-Faden dargestellt.
Unter ,wrapped cord' wird
ein Faden verstanden, welcher sich nach Feuchte- oder Temperaturbehandlung
(z.B. PVA-Fasern) wieder zusammenzieht.
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Werden
die trocken verflochtenen Flechtbänder 1 in der Prothetik
eingesetzt, muss beachtet werden, dass sich die Flechtbänder 1 bis
zu einem gewissen Grad ausdehnen. Sie besitzen aber keine Rückstellkraft,
so dass sie dann in der gedehnten Stellung verbleiben.
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d) ungetwistete Rovings
(mit Elastomermatrix) verflochten; (1 +
Elastomer)
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Sind
die Filamente 9 in einer Elastomermatrix (1b)
angeordnet, besitzt der einzelne Roving 2 eine gewisse
Rückstellkraft,
so dass das Flechtband 1 flexibler wird. Das Elastomer
kann aus verschiedenen Stoffen bestehen. So sind Silikon, Polyuhrethan
(PUR), Gummi oder weiche Kunststoffe, wie modifizierte Harze (z.B.)
Epoxydharz, anwendbar. Auch können
die Rovings 2 mit Elastomer getränkt sein.
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e) getwistete Rovings
(mit Elastomermatrix) verflochten; (2 + Elastomer)
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Das
Flechtband 1 wird aus verflochtenen und getwisteten Rovings 3,
welche in eine Elastomermatrix eingegossen sind, hergestellt.
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f) ,wrapped cord' Rovings (mit Elastomermatrix)
verflochten; (3 + Elastomer)
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Das
Flechtband 1 wird aus verflochtenen ,wrapped cord' 4 mit ,wrapped'-Faden, welche in
eine Elastomermatrix eingegossen sind, hergestellt.
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g) wie a) aber in Elastomermatrix
eingegossen (Rovings trocken); (1)
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Die
ungetwisteten Rovings 2 sind trocken verflochten und anschließend in
eine Elastomermatrix eingegossen.
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Dabei
wird unterstellt, dass bei ausreichend zähflüssigem Elastomer die Rovings 2 trocken
bleiben. Die Elastomere sind i.d.R. hochviskos.
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h) wie b) aber in Elastomermatrix
eingegossen (Rovings trocken); (2)
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Die
getwisteten Rovings 3 sind trocken verflochten und anschließend in
eine Elastomermatrix eingegossen.
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i) wie c) aber in Elastomermatrix
eingegossen (Rovings trocken); (3)
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Die
,wrapped cord'-Rovings 4 sind
trocken verflochten und anschließend in eine Elastomermatrix
eingegossen.
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j) wie d) aber in Elastomermatrix
eingegossen (Rovings mit Elastomer); (1 + 6)
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Hier
wird das Flechtband 1 aus verflochtenen Rovings 2 in
ein Elastomer eingegossen. (6)
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k) wie e) aber in Elastomermatrix
eingegossen (Rovings mit Elastomer); (2 + 6)
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Hier
wird das Flechtband 1 aus verflochtenen Rovings 3 in
ein Elastomer eingegossen. (6)
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l) wie f) aber in Elastomermatrix
eingegossen (Rovings mit Elastomer); (3 + 6)
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Hier
wird das Flechtband 1 aus verflochtenen ,wrapped cord' 4 in ein
Elastomer eingegossen. (6)
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In
den Ausführungsbeispielen
j) bis l) wird die Rückstellkraft
des Flechtbandes entscheidend erhöht.
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Auch 4 und 5 zeigen
Flechtbänder 1 aus
trocken verflochtenen Rovings 2 oder 3 oder Wrapped
Cord 4. In 4 ist jeder Roving 2 oder 3 mit
einer Schutzhülle 6 versehen,
in 5 ist eine Schutzhülle 7 um das Flechtband 1 vorgesehen. Durch
die Schutzhülle 6 oder 7 wird
die Reibung verringert.