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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen, die zu Tragen sind,
um Schäden
an Zähnen
und/oder dem Kiefer zu verhindern, die durch "Zähneknirschen", das manchmal auch
als Bruxieren, TMJ oder Zusammenbeißen bezeichnet wird, oder andere
verwandte psychologische und physiologische Leiden verursacht werden.
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Insbesondere
betrifft diese Erfindung Mundstücke
oder Zahnschutzvorrichtungen zum Verhindern des Zusammenbeißens von
Zähnen
und zum Bereitstellen von Bio-Feedback- und Datenerfassungsfähigkeiten durch
Integrieren von Druckabfühlvorrichtungen
in Regionen der Schutzvorrichtung mit Zahnkontakt, die mit einer
integrierten Schaltungsvorrichtung in elektrischer Verbindung stehen,
die fähig
ist, die Abfühlvorrichtungen
zu überwachen
und ein Signal an eine Empfangsvorrichtung zu senden, die in der
Lage ist, eine von Menschen wahrnehmbare Reaktion hervorzurufen,
die dazu ausgelegt ist, dem Träger
anzugeben, wenn Zähneknirschen
stattfindet und/oder mit Knirschepisoden assoziierte Daten zu erfassen,
speichern und/oder analysieren, wenn eine Änderung in einem normalen Druckzustand
der Druckvorrichtungen stattfindet.
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2. Hintergrundinformationen
und Beschreibung verwandter Gebiete
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Gemäß dem Stand
der Technik ist das einzige Werkzeug, das einem Zahnarzt derzeit
zur Handhabung von Patienten, die im Schlaf mit den Zähnen knirschen,
zur Verfügung
steht, eine einfache Vorrichtung, die als Mundstück, "Split", Zahnschutz oder Mundschutz bekannt
ist und aus einem harten oder weichen Polymer geformt ist, das mit
einem oberen Gaumen und Zähnen
bzw. Unterkiefer und Zähnen
konform ist. Diese Vorrichtung bietet keine Möglichkeit zum Stellen einer
Diagnose oder für
eine Therapie für
eine Heilung. Ihre einzige Funktion besteht darin, einen Leidenden
davor zu schützen,
den Zahnschmelz zu beschädigen,
der irgendwann infolge von während
der Anfälle
von Zähneknirschen
auftretendem starken Druck und Reibung geschädigt wird.
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US 4,995,404 offenbart eine
Vorrichtung zum Behandeln von Bruxismus, die ein Mundstück mit einem Glied
umfasst, das aufsteckbar mit mindestens einem Zahn in Eingriff tritt
und diesen abdeckt und das mindestens einen Drucksensor hat, der
mit einer den Zahn abdeckenden Hülse
assoziiert ist, die durch zwei leitfähige Raster oder zwei Leiter
gebildet wird, die durch einen kleinen Luftraum getrennt sind und
in Berührung
kommen, wenn Beißen
in einem Maß über einem
vorherbestimmten Schwellenwert auftritt, wobei die Vorrichtung dann
einen Alarm an den Benutzer bereitstellt.
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Es
besteht daher auf dem Gebiet ein Bedarf an einer Vorrichtung, die
nicht nur die Zähne
bzw. den Zahnschmelz und/oder den Kiefer vor Beschädigung während Bruxierepisoden
schützt,
sondern außerdem
Informationen bereitstellt, die verwendet werden können, um
entweder Zähneknirschen
zu untersuchen oder das Verhalten eines Patienten zu verbessern,
um Bruxierepisoden zu reduzieren und/oder zu eliminieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zum Abfühlen von Zähneknirschen bereitgestellt,
die folgendes umfasst:
- A ein Mundstück mit:
- I. einem Glied, das aus einem biegeelastischen Material hergestellt
ist und geeignet ist, aufsteckbar mit mindestens einem Zahn in Eingriff
zu treten und diesen abzudecken, das Folgendes aufweist:
- a) mindestens eine Hülse,
die dazu ausgelegt, ist, den Zahn abzudecken;
- b) mindestens eine druckabfühlende
laminierte Membranvorrichtung, die mit der Hülse assoziiert ist, so dass
die Abfühlvorrichtung
zwischen mindestens einem Zahn eines Oberkiefers und mindestens
einem Zahn einer Unterkiefers angeordnet wird und ein Sensorsignal
erzeugt, wenn der Aktivierungsdruck von 1 bis 50 psi darauf ausgeübt wird
und kein Sensorsignal erzeugt, wenn weniger als dieser Aktivierungsdruck darauf
ausgeübt
wird, wobei die Membranvorrichtung Folgendes umfasst:
- (i) eine erste Schicht mit leitenden Schaltungen, die an einer
Oberseite derselben angebracht sind;
- (ii) eine zweite Schicht mit leitenden Schaltungen, die an einer
Unterseite derselben angebracht sind;
- (iii) eine dritte Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten
Schicht angeordnet ist und mindestens eine Perforation umfasst;
wobei
die mindestens eine Perforation so positioniert ist, dass bei Aufbringen
einer zum Zusammendrücken der
Vorrichtung ausreichenden Kraft, die mit der ersten Schicht assoziierten
leitenden Schaltungen in elektrischen Kontakt mit den mit der zweiten
Schicht assoziierten leitenden Schaltungen gelangen; und
- B einen Ausgangsgenerator, der dazu ausgelegt ist, einen von
Menschen wahrnehmbaren Ausgang als Reaktion auf das Sensorsignal
oder ein Aktionssignal zu erzeugen.
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Vorzugsweise
umfasst das Glied weiter:
- c) eine Sendereinheit,
die mit dem mindestens einen Sensor in elektrischer Verbindung steht,
die dazu ausgelegt ist, ein Aktionssignal zu erzeugen, wenn das
Sensorsignal erfasst wird, wobei der Sender Folgendes umfasst:
- (1) einen Monitor, der dazu ausgelegt ist, das Sensorsignal
zu erfassen; und
- (2) einen Sender, der dazu ausgelegt ist, das Aktionssignal
zu erzeugen.
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Vorzugsweise
umfasst die Vorrichtung weiter:
- C eine Empfängereinheit,
die Folgendes umfasst:
- 1. einen Empfänger,
der dazu ausgelegt ist, das Aktionssignal zu empfangen, wobei die
Empfängereinheit den
Ausgangsgenerator aktiviert, wenn das Aktionssignal von der Sendereinheit
empfangen wird.
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Die
Sensoren stehen vorzugsweise in elektrischer Verbindung mit elektronischen
Vorrichtungen, die in der Lage sind, sie zu überwachen und ein Aktionssignal
als Reaktion auf eine Änderung
in einem Zustand der Druckabfühlvorrichtungen
zu erzeugen, die eine Zähneknirschepisode
bedeutet und die optional in der Lage sind, Informationen zu jeder
Knirschepisode zu erfassen, zu verarbeiten und/oder zu speichern.
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Die
vorliegende Erfindung sieht außerdem
ein Mundstück,
einen Mundschutz oder Zahnschutz, wie vorangehend beschrieben vor,
der mit einer Empfangsvorrichtung gekoppelt ist, die in der Lage
ist, das Aktionssignal von dem Mundstück, Mundschutz oder Zahnschutz
zu empfangen und einen wahrnehmbaren Bio-Feedback-Ausgang als Reaktion
auf jede Knirschepisode auf entweder bewusstem oder unterbewusstem Niveau
zu erzeugen, d. h. wenn der Träger
schläft,
kann der Ausgang entweder den Träger
aufwecken oder einen Ausgang erzeugen, der vom Gehirn erkannt werden
kann, ohne den Träger
aufzuwecken, während, wenn
der Träger
wach ist, der Ausgang ausreichend sein muss, um vom Träger wahrnehmbar
zu sein.
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Die
vorliegende Erfindung stellt weiter Mundstück-, Mundschutz- oder Zahnschutzvorrichtungen
wie vorangehend beschrieben bereit, die mit einer Datenerfassungsvorrichtung
gekoppelt sind, die in der Lage ist, das gesendete Signal von dem
Mundstück,
Mundschutz oder Zahnschutz zu empfangen und entweder dynamisch,
periodisch oder auf Benutzeranforderung in dem Signal enthaltene
oder aus dem Signal abgeleitete Informationen zu analysieren, einschließlich Häufigkeit
und Dauer jeder Knirschepisode und optional eines mit jeder Knirschepisode
assoziierten Druckmusters und/oder Intensitätsmusters.
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Diese
Erfindung stellt weiter Mundstück-
Mundschutz oder Zahnschutzvorrichtungen wie vorangehend beschrieben
bereit, die sowohl eine Vorrichtung, die eine Bio-Feedback-Antwort
liefern kann als auch eine Vorrichtung, die im gesendeten Signal
von der Mundstück-,
Mundschutz- oder Zahnschutzvorrichtung enthaltene Daten erfassen
und speichern kann, enthalten.
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Die
Vorrichtungen der Erfindung können
in Verfahren zum Verbessern der Zähneknirschgewohnheiten verwendet
werden, die das Platzieren in den Mund eines Benutzers eines Mundstück, Mundschutzes
oder Zahnschutzes, wie vorangehend beschrieben, das Senden eines
als Reaktion auf eine Änderung
in einem Zustand der Drucksensoren erzeugten Signals, das Empfangen
des Signals vom Mundstück,
Mundschutz oder Zahnschutz und das Erzeugen einer vom Benutzer wahrnehmbaren
Reaktion auf jede Knirschepisode, um den Benutzer entweder bewusst
oder unterbewusst auf die Episode aufmerksam zu machen, umfassen.
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Die
Vorrichtungen der Erfindung können
außerdem
in Verfahren zur Erfassung von Daten über Zähneknirschgewohntheiten verwendet
werden, die das Platzieren in den Mund eines Benutzers eines Mundstücks, Mundschutzes
oder Zahnschutzes wie vorangehend beschrieben, das Senden eines
als Reaktion auf eine Änderung
in einem Zustand der Drucksensoren erzeugten Signals, das Empfangen
des Signals von dem Mundstück,
Mundschutz oder Zahnschutz in einer Datenspeicherungsvorrichtung
und das Speichern von in dem Signal enthaltenen, einer Menge von
Eigenschaften jeder Knirschepisode entsprechenden Daten in der Vorrichtung
umfassen.
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Die
vorangehenden beiden Verfahren können
auch kombiniert werden, um ein Verfahren für Datenerfassung und Bio-Feedback
bereitzustellen.
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Diese
Erfindung stellt außerdem
eine neue Membran-Druckabfühlvorrichtung
und Verfahren zum Herstellen und Integrieren der Vorrichtungen in
Mundstücke
bereit.
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So
besteht ein Aspekt dieser Erfindung darin, Vorrichtungen bereitzustellen,
die dazu ausgelegt sind, die mit dem Knirschen der Zähne während des
Schlafs assoziierten menschlichen Probleme zu diagnostizieren und/oder
Informationen darüber
zu sammeln. Ein weiterer Aspekt besteht darin, solche Vorrichtungen
zum Behandeln des Zäh neknirschens
im Hinblick auf eine Heilung zu verwenden. Ein weiterer Aspekt dieser
Erfindung besteht darin, Verfahren zum Herstellen von Mundschutzvorrichtungen,
die Kunststofflaminate mit darin enthaltenen Drucksensoren, Funksendern
und zugehöriger
Elektronik umfassen sowie Verfahren zum Anbringen solcher Vorrichtungen
in einem menschlichen Mund bereitzustellen.
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Eine
Version der Vorrichtung der Erfindung umfasst eine Außenschicht,
die im Wesentlichen mit der Form eines oberen Umrisses von Zähnen und
Gaumen einer Person konform ist, mit einer Oberseite, die im Wesentlichen
mit den oberen Zähnen
und dem Gaumen der Person konform ist und einer Unterseite, die
relativ glatt ist und dazu ausgelegt ist, mit den Zähnen eines
Unterkiefers in Eingriff zu treten. Die Vorrichtung umfasst weiter
eine in der Außenschicht
enthaltene Abfühlschicht,
wobei es sich bei der Abfühlschicht
um einen Membranschalter mit einer oberen Schicht, einer mittleren
Schicht und einer unteren Schicht handelt. Die obere Schicht umfasst
einen leitfähigen
Bereich und Drähte,
die sich von dem leitfähigen
Bereich erstrecken. Die mittlere Schicht umfasst eine Vielzahl von
Perforationen, die in regelmäßigen oder
unregelmäßigen Muster angeordnet
sind. Die untere Schicht umfasst einen leitfähigen Bereich und Drähte, die
sich von dem leitfähigen Bereich
erstrecken, wobei der leitfähige
Bereich der unteren Schicht im Wesentlichen mit dem leitfähigen Bereich
der oberen Schicht konform ist. Der Membranschalter ist dazu ausgelegt,
in einem ausgeschalteten Zustand zu sein (offener Stromkreis), wenn
keine Kraft zwischen der Ober- und Unterseite der äußeren Schicht des
Schutzes ausgeübt
wird und in einem eingeschalteten Zustand zu sein (geschlossener
Stromkreis), wenn eine Kraft ausreicht, um einen Kraftnennwert des
Schalters zu überwinden.
Die Elektronik umfasst eine Batterie, eine integrierte Schaltung
und elektrische Drähte,
die die Batterie, IC und Schalter verbinden. Die IC umfasst einen
Sender und die elektrischen Drähte
umfassen eine Antenne.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst außerdem einen batterielosen
Mundschutz, bei dem es sich bei allem, außer der Batterie, um eine der
vorangehend beschriebenen Ausführungsformen
oder eine beliebige Kombination derselben handeln kann und wobei
der zum Senden eines Signals benötigte
Strom aus einem Energiefeld gewonnen wird, das mikroelektronische
Schaltungen, die vorzugsweise im Gaumenbereich der Vorrichtung und
einer Antenne angebracht sind, die der vorderen äußeren Kontur des Schutzes folgt
und erregt werden kann oder Energie aus dem Feld ausziehen kann
[sic]. Die Energie wird dann von dem Mundschutz verwendet, um jedes
Mal ein Signal zu senden, wenn die Abfühlschicht im Mundschutz den
Zustand wechselt und angibt, dass ausreichend Kraft auf die Abfühlschicht
ausgeübt
wird, um den Zustand des Stromkreises zu ändern (offen zu geschlossen).
Die Änderung
im Zustand schließt
Stromkreise in den elektronischen Schaltungen des Mundschutzes,
so dass die Schaltungen durch das Energiefeld erregt werden können, was
eine Signalerzeugung und das Senden an einen Empfänger bewirkt.
Selbstverständlich
muss sich der Träger
innerhalb der aktiven Zone des Energiefelds befinden, damit die
batterielose Einheit funktioniert. Daher sollte sich der Energiefelderzeuger
in einem Schlafzimmer des Trägers,
in ausreichender Nähe
zum Bett befinden, so dass wenn die Stromkreise im Schutz infolge
einer Bruxierepisode von ausreichender Kraft zum Wechseln der Abfühlvorrichtung
von einem offnen Zustand zu einem geschlossenen Zustand schließen, die
Vorrichtung Energie aus dem Feld ausziehen und ein Signal erzeugen
und Senden kann, das die Änderung
im Zustand der Druckabfühlvorrichtung
in dem Schutz nachweist.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung ist besser zu verstehen unter Verweis auf die nachfolgende
ausführliche
Beschreibung zusammen mit den angehängten beispielhaften Zeichnungen,
in denen gleiche Elemente gleich nummeriert sind. 1a–c und 7 entsprechen
nicht der Erfindung, sondern sind mit angegeben um und [sic] Verständnis der
Erfindung.
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1a–c sind
eine schematische Draufsicht und Seitenansicht eines Mundschutzes
und eine Draufsicht einer Empfängereinheit;
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2a ist
ein Elektroschema einer Ausführungsform
eines Senders;
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2b ist
ein Elektroschema einer Ausführungsform
eines Empfängers/Alarms;
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3 ist
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
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4a ist
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Membran von 3 am
Liniensegment 1-1';
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4b ist
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Chip- und Batteriefachs
von 3 am Liniensegment 2-2';
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5a ist
eine Draufsicht der perforierten Films der Membran von 3;
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5b ist
eine Draufsicht des unteren Films und der zugehörigen Schaltungen der Membran
von 3;
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5c ist
eine Draufsicht des oberen Films und der zugehörigen Schaltungen der Membran
von 3;
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6 ist
ein Schema der Pinanordnung des mit der Vorrichtung von 3 assoziierten
Chips;
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7 ist
eine weitere Ausführungsform
einer Mundschutz-Leiterplatte, die dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl
von Metallkuppel-Tastschaltern unterzubringen;
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8a–c
sind eine erste Ausführungsform
eines zweiten Typs von Membranschalter dieser Erfindung;
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9a–c
sind eine zweite Ausführungsform
eines zweiten Typs von Membranschalter dieser Erfindung;
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10a–c
sind eine dritte Ausführungsform
eines zweiten Typs von Membranschalter dieser Erfindung;
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11 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform
der Empfängereinheit dieser
Erfindung;
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12 ist
eine Draufsicht einer Oberseite einer bevorzugten gedruckten Leiterplatte
für die
Empfängereinheit
von 11;
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13 ist
eine Draufsicht einer Unterseite der gedruckten Leiterplatte von 12;
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14 ist
ein Bauteilschema für
die Platzierung von Bauteilen auf der gedruckten Leiterplatte von 11;
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15 ist
ein Elektroschema des Empfängers
von 11;
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16 ist
ein Elektroschema des Zeit/Zählers
von 12; und
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17 ist
ein Elektroschema der Tonrampe von 12.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass eine Vorrichtung gebaut werden
kann, die in einem Mundschutz oder -stück mindestens einen Drucksensor
integriert, der in elektrischer Verbindung mit einer elektronischen
Vorrichtung steht, die in der Lage ist den bzw. die Drucksensor/en
zu überwachen
und ein Signal zu senden, wenn sich ein Zustand eines Sensors oder
einer Vielzahl von Sensoren als Reaktion auf eine Zähneknirschepisode ändert. Neben
der einfachen Angabe, ob sich der überwachte Zustand geändert hat,
kann das gesendete Signal optional Daten enthalten, die angeben,
welche Sensoren den Zustand gewechselt haben, welche Druckamplitude
von jedem aktivierten Sensor erfahren wurde und/oder eine Richtung
senkrecht zu einer ausgeübten
Kraft angeben.
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Die
Erfinder haben außerdem
herausgefunden, dass das Drucksensoren und einen Sender enthaltende
Mundstück
mit einer Empfängereinheit
gekoppelt werden kann, die in der Lage ist, das gesendete Signal von
dem Mundstück
oder -schutz zu empfangen und eine von Menschen wahrnehmbare Reaktion,
wie beispielsweise einen Ton, eine Vibration, einen Druckkontakt,
einen elektrischen Reiz oder einen anderen wahrnehmbaren sensorischen
Ausgang oder Kombinationen derselben zu erzeugen. Die wahrnehmbare
Reaktion kann bewirken, dass einem Träger oder Benutzer die Tatsache
bewusst wird, dass er/sie mit seinen/ihren Zähnen knirscht oder vorzugsweise
ist die Reaktion dazu ausgelegt, eine unterbewusste Erkenntnis des
Einsetzens einer Knirschepisode zu bewirken. Die Reaktion ist dazu
ausgelegt, eine Verhaltenserkenntnis von Einsetzen und Ende einer
Knirschepisode zu veranlassen und potenziell eine Verhaltensänderung
einer Knirschgewohnheit zu veranlassen, um diese potenziell die
Zähne schädigende
Gewohnheit zu reduzieren oder zu beseitigen.
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Die
Erfinder haben außerdem
herausgefunden, dass der sendende Mundschutz außerdem an ein Datenerfassungssystem
gekoppelt werden kann, das in der Lage ist, das gesendete Signal
zu empfangen und die im Signal enthaltenen Informationen zu speichern,
so dass die Häufigkeit
von Episoden und andere Eigenschaften jeder Knirschepisode für die dynamische
oder anschließende
Analyse gespeichert werden können.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein verbessertes Dentalmundstück, das hilft,
die Zähne
des Trägers
vor den schädlichen
Auswirkungen des tagsüber
oder nachts stattfindenden Bruxierens (kräftiges Knirschen und Zusammenbeißen der
Zähne)
zu schützen
und hilft, die Häufigkeit
und Intensität
des Bruxierens zu minimieren. Zusätzlich zum gewöhnlichen
geformten Nachtzahnschutz aus geformtem Kunststoff, der individuell
angepasst wird und eng auf die oberen oder unteren Zähnen gesteckt
wird und diese bedeckt, enthält
dieser verbesserte Schutz Elektronik, die eine sofortige Rückmeldung
liefert, indem der Träger darauf
aufmerksam gemacht wird, wenn er/sie beginnt zu Bruxieren. Wenn
der Träger
zu Bruxieren beginnt, sendet diese Elektronik, die aus einem druckaktivierten
Schalter, einem Funkfrequenzsender und einer Batteriestromquelle
besteht, ein Funksignal an einen Handgelenkalarm, der den Träger alarmiert.
Wenn der Träger mit
dem Bruxieren aufhört,
hört der
Alarm automatisch auf.
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Der
Mundschutz kann aus einem beliebigen Kunststoffmaterial, Laminatmaterial
oder Verbundmaterial hergestellt sein. Derartige Materialien umfassen,
ohne Einschränkung,
Styropor, Elastomere, wie beispielsweise Polybutadien, Sytrenbutadien-Copolymere,
Naturkautschuk oder dergleichen, thermoplastische Elastomere, wie
beispielsweise SBS, SIS oder ähnliche
thermoplastische Elastomere, Polyester, Polyacrylate und/oder Acryle,
Polyurethane, Polyamide, Polyolefine, Polyactone oder dergleichen
oder Gemische oder Kombinationen derselben. Geeignete Materialien
umfassen außerdem
jedes beliebige Material, das derzeit zum Herstellen von Mundstücken verwendet
wird. Diese Materialien können
im Fall von Materialien, die chemisch oder durch Strahlung ausgehärtet werden
können,
entweder in einem ausgehärteten
oder unausgehärteten
Zustand verwendet werden. Vorzugsweise sind die an den außenliegenden
Oberflächen
der Mundstücke
der vorliegenden Erfindung verwendeten Materialien von der Food
and Drug Administration (FDA) für
die Verwendung im Mund zugelassen. Das Mundstück oder der Mundschutz ist
aus einem biegeelastischen Material gefertigt, so dass das Mundstück ohne
maßgeblichen
Verlust der Intaktheit oder maßgeblicher
Biegeermüdung
wiederholten Knirschepisoden ausgesetzt werden kann.
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Die
Drucksensoren sind allgemein in Regionen des Mundschutzes integriert,
die während
einer Knirschepisode zwischen Zähnen
in einem Oberkiefer und einem Unterkiefer eines Trägers angeordnet
werden. Bei den Sensoren kann es sich um einfache druckaktivierte
Ein-/Aus-Schalter, wie beispielsweise Membranschalter handeln.
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Bei
der Überwachungs-
und Sendevorrichtung handelt es sich allgemein um einen Chip mit
Verarbeitungsfähigkeiten,
die ausreichen, einen Drucksensor zu überwachen und eine Änderung
im Druckzustand von mindestens einem Drucksensor festzustellen und
ein Signal zu senden, wenn eine Änderung
im Zustand von einem oder mehreren Drucksensoren stattfindet. Die
Vorrichtung kann entweder ein kontinuierliches Signal senden (andauerndes
Signal), bis in den aktivierten Drucksensoren ein Normalzustand
wiederhergestellt ist, ein intermittierendes Signal senden, während ein
Sensor in einem aktivierten oder nicht normalen Zustand ist oder
ein Anfangssignal und ein Endsignal erzeugen, die den Beginn und
das Ende der Episode kennzeichnen.
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Wenn
die Drucksensoren in der Lage sind, Amplitude und/oder Richtung
ausgeübter
Kräfte
zu überwachen,
dann ist die Sendung vorzugsweise kontinuierlich, aber intermittierende
Signale mit über
die Dauer des intermittierenden Signals gemittelten oder ungemittelten
Amplituden- und/oder Richtungsinformationen können ebenfalls verwendet werden.
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Neben
der Verwendung eines im Mundstück
befindlichen Senders und einer getrennten Einheit zum Erzeugen eines
von Menschen wahrnehmbaren Ausgangs kann das Mundstück selbst
eine elektronische und mechanische Einheit umfassen, die einen Ausgang
direkt in den Mund des Trägers
erzeugt. Derartige Einheiten könnten
Vibrationsvor richtungen, wie beispielsweise piezoelektrische Wandler
oder andere harmonische Schwinger oder andere Vorrichtungen, die
vibrieren können,
umfassen. Die Vibrationen können
nach oben an den Gaumen oder nach unten an die Zunge oder an den
Gaumen und die Zunge gerichtet sein.
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Bei
der Ausgabeeinheit könnte
es sich außerdem
um eine Vorrichtung handeln, die einen kleinen, wahrnehmbaren elektrischen
Reiz oder Schlag verabreicht. Zusätzlich könnte die Einheit ein chemisches
Mittel freisetzen, das entweder Geruch, Geschmack oder eine Kombination
derselben reizen würde.
Darüber
hinaus können
die Mundstückvorrichtungen
dieser Erfindung eine beliebige Kombination von Ausgabevorrichtungen,
sowohl im Mundstück
als auch außerhalb
des Mundstücks
umfassen.
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Des
Weiteren könnten
Hardware und Software zur Datenerfassung, -verarbeitung und -speicherung sich
alle im Mundstück
befinden, wobei das Mundstück
aus dem Mund entfernt und die erfassten Daten von der Vorrichtung
in eine externe Datenanalyseeinheit heruntergeladen werden können.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Nachtmundschutzes der vorliegenden Erfindung umfasst, grob ausgedrückt, die
folgenden drei Grundkomponenten:
Eine Ausführungsform des batterielosen
Schutzes nutzt einen Leistungsoszillator, der Ultrahochfrequenz-Kurzwellenenergie
von einer zugehörigen
Antenne erzeugt. Eine Antenne im Schutz ist darauf abgestimmt, dieses
Signal zu empfangen und Schaltungen im Mundschutz sind dazu ausgelegt,
Energie aus der Energie von dem Leistungsoszillator auszuziehen,
wenn der Abfühlkreis
geschlossen ist, um ein Signal zu erzeugen und zu senden, das eine
Bruxierepisode nachweist. Derartige Systeme mit Leistungsoszillatoren
und Empfängerschaltungen
sind ausführlicher
in
U.S. Patenten 4,288,689 ,
4,532,511 und
5,019,815 offenbart, die durch Literaturhinweise
hierin enthalten sind.
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Weitere
Ausführungsformen
des batterielosen Schutzes nutzen elektrische und magnetische Energiefelder
sowie Antennen und Schaltungen im Mundschutz, die in der Lage sind,
Energie aus derartigen Feldern auszuziehen und diese ausgezogene
Energie zu nutzen, um ein Signal zu erzeugen und zu senden, wenn
die Abfühlvorrichtung
im Mundschutz während
einer Bruxierepisode aktiviert wird (Wechsel zu einem geschlos senen
Zustand). Weitere Informationen zu diesen Energiefeld-Erzeugungssystemen
und den zum Ausziehen von Energie davon wirksamen Schaltungen ist
in
US-Patenten 5,733,313 ,
5,140,263 ,
5,283,400 und
5,019,815 offenbart, die durch Literaturhinweis
hierin enthalten sind.
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In
all diesen Ausführungsformen,
die Energiefelder zum Liefern der benötigten Energie an die Elektronik
des Schutzes nutzen, wenn die Abfühlvorrichtung in einem eingeschalteten
Zustand ist, erzeugt, sobald ein Signal vom Mundschutz erzeugt und
gesendet ist, ein Empfänger,
der in der Lage ist, das Signal zu empfangen, dann eine Bio-Feedback-Antwort
an den Träger
und/oder zeichnet das gesendete Signal auf und speichert es. Die
gespeicherten Daten können
Informationen zu Beginn/Ende, Informationen zur Dauer, Informationen
zur Leistung sowie andere im Signal enthaltene Informationen umfassen.
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Abschnitt I
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Ein
hufeisenförmiger
Nachtzahnschutz aus Kunststoff, der auf den oberen oder untern Zähnen getragen
wird, vorzugsweise den oberen Zähnen.
Er ist aus Kunststoff hergestellt, der individuell an den Mund und jeden
einzelnen Zahn des Trägers
angepasst und geformt ist. Einer oder mehrere Elastomerschalter
sind in dem geformten Nachtschutz positioniert und sind bündig mit
der Beißfläche eines
oder mehrere Zähne.
(Diese Elastomerschalter und die von ihnen verlaufenden elektrischen
Drähte
sind mit einer Schicht aus flexiblem Kunststoff bedeckt und darin
hermetisch versiegelt, wie die von Elastomer Technologies, Philadelphia,
PA erhältlichen).
Die von den Elastomerschaltern verlaufenden Drähte laufen durch eine Rückwand des
Nachtmundschutzes und in eine zentrale Region in der Gaumenregion
des Munds eines Trägers,
wo sich Elektronik zum Überwachen
der Schalter und zum Senden eines dem Zustand der Schalter entsprechenden
Signals befindet.
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Abschnitt II
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Ein
geformtes und hermetisch versiegeltes Fach aus Kunststoff, das sich
in dem konkaven Raum befindet, der durch die Hufeisenform des Nachtmundschutzes
erzeugt wird. Dieses Fach ist an die Rückwand des hufeisenförmigen Nachtmundschutzes
geformt und fest daran angebracht. In diesem Fach befinden sich ein
kabelloser Funksender und eine Batteriestromquelle. Wenn der Träger beginnt
zu bruxieren, wird der Elastomerschalter heruntergedrückt, wodurch
er den Sender aktiviert, der ein Funksignal an eine Empfangseinheit sendet.
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Abschnitt III
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Ein
Handgelenkalarm oder eine andere Empfangseinheit ist dazu ausgelegt,
das von der Mundvorrichtung gesendete Signal zu empfangen. Der Handgelenkalarm
nutzt eine Audio- und/oder Vibrationsalarmoption, die den Träger in dem
Moment, in dem das Bruxieren beginnt, alarmiert. (Bei dem Elastomerschalter
handelt es sich um einen Umschalter, so dass das den Alarm aktivierende
Signal nur so lange gesendet wird, wie der Schalter durch den Bruxierdruck
heruntergedrückt
wird). In dem Moment, in dem der Träger mit dem Bruxieren aufhört, hört das Signal
auf und der Alarm endet, bis zu nächsten Knirschepisode.
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Anwendung
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Vor
dem Einschlafen fügt
der Träger
den Nachtzahnschutz mit Bio-Feedback in seinen Mund ein und steckt
ihn auf die oberen Zähne,
wo er für
die ganze Nacht bleibt. Der Träger
schnallt sich dann den Handgelenkalarm um und schaltet den Handgelenkalarm-Stromversorgungsschalter
ein. Beim Aufwachen am Ende der Nacht schaltet der Träger den
Handgelenkalarm-Stromversorgungsschalter aus und entfernt den Mundschutz
aus dem Mund. Selbstverständlich
kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung während des
Tags getragen werden, um als Bio-Feedback-Einheit zu wirken oder
als Datenerfassungssystem zum Untersuchen von Zähneknirschen während der
Arbeit.
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Obwohl
im Mundschutz jede Art von Drucksensor integriert sein kann, haben
die Erfinder herausgefunden, dass es sich bei einem bevorzugten
Sensor um eine Membran handelt mit mindestens einer, zwischen zwei
mundverträglichen
Kunststoff- oder Kautschukfolien in mindestens einer Zahnhülse oder
einem Zahnhohlraum im Mundschutz eingebetteten druckabfühlenden
Region oder druckabfühlendem
Schalter.
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Darüber hinaus
können
sich die elektronischen Einheiten und die Batterie in anderen Regionen
des Mundstücks
als in der Gaumenregion des Munds befinden. Die Elektronik könnte sich
in Bereichen des Mundstücks
befinden, die sich zur Seite der Zähne und zum Zahnfleisch nach
oben erstrecken. Des Weiteren kann eine beliebige andere Stromversorgung
verwendet werden, sofern der Versorgungsmechanismus ausreichend Strom
für die
nächtliche
oder am Tag stattfindende Überwachung
erzeugt. Die Stromversorgungen können
außerdem
aufladbar sein.
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Anfertigung eines Membranschalters
dieser Erfindung
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Dem
Stand der Technik entsprechende Verwendungen von Polyamiden, einschließlich Caprolactam-Polyamiden,
wie beispielsweise das von der Firma DuPont unter dem Handelsnamen
PYRALUX® vertriebene
Kapton, waren vorwiegend für
ein- und mehrschichtige flexible Schaltungen in der Telekommunikationsbranche
für Vorrichtungen
wie kleine, tragbare Telefone und in der Ölindustrie verwendete Leitungsnetze.
Es gibt wohl etablierte Verfahren zum Verwenden dieser Polyamidmaterialien
zum Integrieren von Metallschaltungen in einem Polyamidlaminat.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass diese Polyamidmaterialien verwendet
werden können,
um flexible Druck abfühlende
Schalter oder Detektoren zu bilden. Die Druckschalter sind dazu
ausgelegt, zwischen zwei Acrylfolien oder ähnliche Kunststoffmaterialien
laminiert zu werden, so dass der Schalter in einem normalen offenen
oder ausgeschalteten Zustand ist, bis Druck auf das Laminat ausgeübt wird,
der ausreicht, um die Schalter zu veranlassen, zu einem geschlossenen
oder eingeschalteten Zustand zu wechseln. Die Acrylfolien haben
allgemein eine Dicke zwischen ungefähr 0,005 und ungefähr 0,10
Zoll, wobei Dicken zwischen ungefähr 0,010 und ungefähr 0,08
bevorzugt werden und Dicken zwischen ungefähr 0,020 und ungefähr 0,060
besonders bevorzugt werden.
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Der
Membranschalter der vorliegenden Erfindung umfasst eine perforierte
Isolierschicht, die zwischen zwei Folien aus Polyamidmaterial angeordnet
ist, die leitfähige
Schaltungen auf den Seiten haben, die die perforierte Isolierschicht
berühren.
Die Perforationen sind vorzugsweise in einem Muster angeordnet,
um mit den mit den leitfähigen
Schaltungen assoziierten leitfähigen
Gittermustern zusammenzufallen. Obwohl jedes beliebige leitfähige Material
verwendet werden kann, umfassen bevorzugte leitfähige Materialien leitfähige Metalle, wie
beispielsweise die Edelmetallgruppe oder Metalle der Gruppe VIII,
die Metalle der Gruppe 1b, einschließlich Gold, Silber, Platin,
Palladium, Iridium, Rhodium, Kupfer oder dergleichen. Neben Metallen
können
auch leitfähige
Polymere verwendet werden.
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Materialanforderungen
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Das
Verfahren zum Herstellen der Membranschalter der vorliegenden Erfindung
nutzt die folgenden Materialien: (a) zwei 12'' × 12'' große Bögen aus einseitig mit Kupfer
kaschiertem Polyamid, wobei das Kupfer eine Dicke hat, die ungefähr einer
Unze Kupfer pro Quadratfuß des
Polyamidfilms entspricht. Es ist zu beachten, dass ein Bogen beliebiger
Größe verwendet
werden kann, um die Membranschalter dieser Erfindung herzustellen,
wie auf dem Gebiet wohl bekannt. Ein bevorzugter mit Kupfer kaschierter
Film wird von der Firma DuPont unter dem Handelsnamen PYRALUX LF9110
vertrieben. Der Polyamidfilm ist ungefähr 0,001 Zoll dick, (b) einen
12'' × 12'' großen Bogen
aus Polyamid, der als Sandwich zwischen zwei Klebstoffschichten
angeordnet ist. Die Filmdicke beträgt ungefähr 0,001 Zoll und die Klebstoffschichten
sind ungefähr
0,001 Zoll dick. Eine bevorzugte klebende Polyamidfolie wird von
der Firma DuPont unter dem Handelsnamen PYRALUX LF0111 vertrieben.
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Werkzeuge
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Das
Verfahren wird unter Verwendung der folgenden Werkzeuge ausgeführt: Alle
geätzten
Bilder und die entsprechende perforierte Kernmembran müssen gemeinsame
mechanische Bezugspunkte außerhalb des
endgültigen
nutzbaren Bereichs haben, um die drei verschiedenen Bögen in Register
zu bringen, wenn sie zum Zusammenpressen für den Laminationsprozess zu
einem "Paket" zusammengefügt werden.
Fotogeplottete Mylar®-Positive von CAD-Bildern
einer oberen Schaltungsschicht und einer unteren Schaltungsschicht müssen mit
Registrierung aller gewünschten
Bilder, (Zahl der gewünschten
einzelnen Einheiten), die alle präzis abgestuft und wiederholt
sind, hergestellt werden. Registrierungsziele für Werkzeugstifte müssen außerhalb
des nutzbaren Bereichs in der Umrandung des Films hinzugefügt worden
sein. Diese Ziele müssen
für alle
Bögen geplotteter
Filme und die "XY"-Koordinatenliste,
die verwendet wird, um die selben Orte in der Umrandung der eigentlichen
Filmbögen,
die bei der Herstellung zu verwenden sind, zu bohren oder zu stanzen, gleich
sein. Eine "Bohrdatei" oder asciilesbare
Liste der Werkzeugziele wird für
die Verwendung in der Bearbeitungsabteilung des Herstellers gespeichert.
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Verarbeitung
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Das
Verfahren umfasst die Vorbereitung wie folgt: (a) die zwei Bögen aus
mit Kupfer kaschiertem Polyamidfilm- oder -folienmaterial mit den
Kupferoberflächen
zueinanderweisend mit dem klebend beschichteten Polyamidbogen dazwischen
angeordnet hinlegen. Diese drei Filme oder Bögen werden dann als Sandwich zwischen
zwei Bögen
aus "Verstärkungsmaterial" angeordnet, bei
dem es sich allgemein um ein hartes Material handelt, wie beispielsweise
Presskarton oder Masonite mit glatter, ebener, koplanarer Ober-
und Unterseite, wie auf dem Gebiet wohl bekannt. Der Aufbau wird
dann zusammengeheftet, um ein "Paket" zu bilden, das dann
auf einer Präzisionsbohrmaschine
festgehalten werden kann, die üblicherweise
als CNC-Bohrmaschine bezeichnet wird, wie auf dem Gebiet wohl bekannt.
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Die
Maschine wird dann mit Koordinaten geladen, die den gemeinsamen
Bezugszielen (Werkzeugbohrungen) entsprechen. Der Bohrvorgang wird
mit einer Vorschubrate und Geschwindigkeit ausgeführt, die Abschnitte
der Filme oder Bögen
des Polymermaterials schneiden und abtragen, ohne die Materialien
zu reißen
oder zu verschmieren. Die Zielbohrungen haben einen Durchmesser,
der üblichen
Stiftdurchmessern entspricht, einschließlich, ohne Einschränkung, Stiftgrößen von
0,125; 0,156; 0,187 oder 0,250 Zoll oder Kombinationen davon.
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Nachdem
diese Werkzeugbohrungen gebohrt sind, wird das Paket auseinandergenommen
und die beiden mit Metall kaschierten Filme oder Bögen werden
zur Seite gelegt. Unter Verwendung üblicher Werkzeugpraktiken wird
die CNC-Maschine mit den Informationen geladen, die benötigt werden,
um Löcher
in den als Zwischenschicht angeordneten Isolierbogen oder -film
zu bohren, um den perforierten als Zwischenschicht angeordneten
Isolierbogen oder -film zu bilden. Der als Zwischenschicht angeordnete Film
wird dann zwischen zwei allgemein aus Teflon hergestellten Gleitfolien
wieder in die CNC-Maschine eingelegt. Ein Eingangsmaterial, wie
beispielsweise eine Metallplatte oder ein Metallfilm wird dann auf
die als Zwischenschicht angeordnete Schicht des Sandwichs gelegt,
wie beispielsweise ein Aluminium-"Eingangs"-Material. Dann werden Löcher in die
eingelegte, als Zwischenschicht angeordnete Isolierfolie gebohrt,
so dass Löcher
oder Perforationen in einem gewünschten
Muster positioniert werden, das von dem CAD-Entwurf des endgültigen Membranschalters abgeleitet
wird, der die Informationen zum Anfertigen des Membranschalters
aus seinen Bestandteilen enthält. Nachdem
die Perforationen oder Löcher
in die als Zwischenschicht angeordnete Isolierfolie gebohrt sind,
wird der Bogen aus der Maschine entfernt, oder es findet eine Zerlegung
des Pakets statt und der Bogen wird zur Seite gelegt.
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Drucken von Schaltungen
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Wenn
der perforierte Film vorbereitet ist, werden die gedruckten Schaltungen
auf jedem mit Metall kaschierten Film angefertigt. Das Verfahren
des Bildens der Schaltungen auf den mit Metall kaschierten Schaltungsfolien
umfasst allgemein zuerst das Reinigen der Metalloberfläche, wie
als Vorbereitung zum Auftragen eines Fotolacks auf dem Gebiet wohl
bekannt. Bei dem Fotolack kann es sich um einen beliebigen, auf
dem Gebiet verwendeten Fotolack handeln, sofern der Fotolack mit
dem Metall verträglich
ist, das die Kaschierung ausmacht, beispielsweise photoresistive
Druckfarben oder laminierte Filme. Ein bevorzugter laminierter Film ist
die Riston 200 Serie trockener Filme der Firma DuPont.
Darüber
hinaus kann jedes andere Verfahren zum Bilden von Stromkreisen auf
der Oberfläche
von Polymermaterialien angewandt werden, sowie andere Typen von
Polymere, wie auf dem Gebiet wohl bekannt.
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Der
Fotolack wird dann auf die gereinigte Metalloberfläche aufgetragen.
Ein fotogeplotteter Film oder eine Maske mit transparenten und opaken
Bereichen, die entweder einem Positiv- oder einem Negativbild der gewünschten
Schaltungen entsprechen, wird dann mit den Registrierungszielen
und den in das Material gebohrten Werkzeugbohrungen ausgerichtet.
Der maskierte, mit Fotolack beschichtete, mit Metall kaschierte
Bogen wird dann unter Verwendung einer so genannten Kontaktkamera
mit hoch intensivem UV-Licht belichtet und zwar während einer
Dauer, die für
den jeweils verwendeten Fotolack vorgeschrieben ist, um einen lichtausgehärteten Vorschaltungsbogen
zu bilden. Das UV-Licht härtet
den mit dem Licht belichteten Fotolack aus und lässt den nicht belichteten Fotolack
unausgehärtet.
Der lichtausgehärtete
Film wird dann entwickelt, um unausgehärteten oder unbelichteten Fotolack
zu entfernen, so dass die entsprechende Metalloberfläche ungeschützt zurück bleibt.
Im bevorzugten Verfahren werden die Abschnitte der Metalloberfläche mit
ausgehärtetem
Fotolack darauf zu den Schaltungen und die ungeschützten oder
freiliegenden Abschnitte der Metalloberfläche werden entfernt.
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Nachdem
der unausgehärtete
Fotolack entfernt wurde und die entsprechende Metalloberfläche freigelegt
wurde, wird der entwickelte Bogen optional visuell inspiziert, um
die Intaktheit des ausgehärteten
Fotolacks sicherzustellen. Der Bogen wird dann einem Ätzverfahren
unterzogen, das die freiliegenden Abschnitte der Metalloberfläche entfernt.
Beim Ausführen
dieser Erfindung kann jedes beliebige, auf dem Gebiet bekannte Ätzverfahren
angewandt werden. Derartige Ätzverfahren
umfassen ein Tauch- oder Sprühätzen, das üblicherweise
als "Peroxoschwefel"-Verfahren oder "Alkali-Ammoniak"-Sprühätzen bezeichnet
wird. Jedes Verfahren ist bei sachgemäßer Neutralisierung und Spülen nach
dem Ätzen
zulässig,
eine Person mit durchschnittlicher Fachkenntnis würde jedoch
einsehen, dass sich Polyamide in Anwesenheit von hoch alkalischen
Lösungen zersetzen
können,
was ein Quellen des Materials bewirken kann, wenn das Material anschließend nicht
korrekt gereinigt wird.
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Nach
dem Ätzen
werden die Schaltungsbögen
gereinigt und gründlich
gespült.
Die sauberen Bögen werden
dann getrocknet, vorzugsweise in einem Konvektionsofen bei einer
Temperatur von vorzugsweise nicht über ungefähr 200°F und nicht länger als
ungefähr
30 Minuten. Es können
jedoch andere Temperaturen und Zeiten verwendet werden, vorausgesetzt,
der Film wird durch die temperatur- und zeitabhängigen Einflüsse nicht
beschädigt
oder zersetzt. Nach dem Trocknen kann sich das Material während ungefähr 3 Stunden bei
Raumtemperatur in einem sauberen Bereich mit geringer Feuchte entspannen.
Die Dauer der Entspannung ist nicht entscheidend, sie sollte jedoch
ausreichen, dass der Film und das Metall darauf einen neuen Gleichgewichtszustand
einnehmen können.
Selbstverständlich
sind die Schaltungen des oberen und des unteren Bo gens nicht gleich,
so dass jeder Bogen eine eigene, damit assoziierte Fotomaske hat,
die die für
diesen Bogen bestimmten Schaltungen erzeugt.
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Laminieren
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Wenn
kleine Mengen der Membranschalter dieser Erfindung hergestellt werden,
können
Fenster oder Bereiche, die von dem oberen mit Metall kaschierten
Bogen und von dem perforierten Bogen zu entfernen sind, um die Abschnitte
der Schaltungen der unteren Schicht bzw. des unteren Bogens freizulegen,
durch ein beliebiges, auf dem Gebiet bekanntes Verfahren entfernt
werden, einschließlich,
ohne Einschränkung,
Ausschneiden der Fenster oder Bereiche von Hand mit einem X-Acto
Messer oder einem anderem chirurgisch reinen und scharfen Instrument.
Die "Membran"-Schicht (perforierter
Bogen) wird ungefähr
0,075 Zoll höher
als die obere, Schaltungen enthaltende Schicht ausgeschnitten. Dies
geschieht, um eine der Schaltungen der Oberseite freizulegen, so
dass sie einen der Stromkreise der Unterseite überdeckt und berührt, die
ihr auf dem Entwurf entspricht. Diese Stromkreise werden schließlich, während des
endgültigen
Montageverfahrens durch eine kleine Kugel von Lötzinn zusammengefügt, um für Durchgang
in diesem unverzichtbaren Stromkreis zu sorgen. Wenn größere Mengen
der Membranschalter dieser Erfindung hergestellt werden, erfolgt
der Fensterausschneidschritt allgemein mit einem Stahlstempel für schnelleres
und genaueres Entfernen.
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Unter
Verwendung von Stiften, deren Durchmesser den zuvor in die Materialien
gebohrten Werkzeugbohrungen entspricht, werden zuerst die untere
Schaltungsschicht, mit den Kupferleitungen nach oben weisend, dann
das mittlere Membranmaterial, von dem alle während der Rohfertigung angebrachten
Schutzfolien entfernt wurden und schließlich die obere Schaltungsschicht
mit den Kupferleitungen nach unten weisend, übereinander gelegt. Die Materialien
werden durch die Stifte fest im Register gehalten und das Vorlaminat
wird an mehreren Stellen entlang seinem Rand mit einem heißen Lötstab oder
einer anderen Heftvorrichtung geheftet, um es zusammen zu halten.
Den Stab an jeder Heftstelle ungefähr 10 Sekunden lang bei einer
Temperatur von ungefähr
500°F an
das Material drücken.
Das Heften schmilzt den Klebstoff auf der Ober- und Unterseite der
mittleren oder perforierten Membranschicht und verklebt die drei
Teile, (Bögen
von Material), so dass sie im endgültigen Verfahren zum Bilden
eines vorlaminierten Membranschalterbogens nicht aus dem Register
geraten.
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Unter
Verwendung einer dem Stand der Technik entsprechenden "Laminierpresse" (wie sie beispielsweise
normalerweise zum Herstellen mehrschichtiger gedruckter Leiterplatten
verwendet werden) verwendet das Laminierverfahren allgemein "Druckplatten", "Distanzplatten" und Trennfolien
aus Teflon, wie beispielsweise "Tedlar" oder "Pacothane." Die Einspannvorrichtung
der Presse wird in der folgenden Reihenfolge gepackt: (a) eine 0,250-Zoll
untere Pressenplatte, vorzugsweise aus Stahl; (b) ein unteres Pressenpolster
oder Treibmedium, wie beispielsweise Kraftpapier in mehreren Bögen oder
eine wärmebeständige Kautschukfolie
oder speziell hergestellte Materialien für diesen Zweck, wie beispielsweise "PacoPad" oder "Isolam"; (c) eine untere Distanzplatte
aus Edelstahl mit IPC-zugelassener Glattheit, Politur und Koplanarität; (d) eine
Trennfolie aus Teflon; (e) der vorlaminierte Membranschalterbogen;
(f) eine Trennfolie aus Teflon; (g) eine obere Distanzplatte aus
Edelstahl; (h) ein oberes Pressenpolster, ähnlich wie das untere Pressenpolster
(b); und (i) eine 0,250-Zoll obere Pressenplatte, ähnlich wie
die untere Pressenplatte (a).
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Es
ist zu beachten, dass dieses Verfahren des Packens eine Abweichung
von der Norm des Stands der Technik ist. Normalerweise werden die
Pressenpolster (Treibmedium) zwischen jedem (c) und (d), und (f) und
(g) verwendet. Dies geschieht, damit der weiche Klebstoff und die
Kunststoffkerne der oberen und unteren Schichten flexibler Schaltungen
sich an und um die Kupferbereiche anpassen und diese dadurch vollständiger versiegeln.
Dies wäre
im Membranschalter dieser Erfindung kein wünschenswerter Effekt, da beabsichtigte Abstände für das irgendwann
stattfindende Zusammenpressen (wenn die Einheiten als Schalter funktionieren) der
oberen und unteren Kupferschaltungen gebildet werden.
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Das
gesamte Paket wird unter Verwendung der normalen 0,187-Zoll-Pressenstifte,
die beim Laminieren gedruckter Schaltungen verwendet werden, in
der Mitte auf allen vier Seiten zusammengeheftet. Der Stand der
Technik verwendet dieses System und alle Bestandteile des Pakets
werden normalerweise so bearbeitet, dass sie so im Register sind.
Das Paket wird in eine "Laminierpresse" gelegt, die auf
ungefähr
360°F vorge wärmt wurde
und es wird sofort ein Druck von ungefähr 250 psig aufgebracht. Da
die meisten Laminierpressen in Tonnen messen: Für eine 12 Zoll×12 Zoll
große
Platte von Membranschaltern dieser Erfindung entspricht der Druck 18 Tonnen.
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Wenn
das Paket im Bereich der Membranschalter die volle Wärme erreicht
hat, sollte es während
ungefähr
90 Minuten unter ständigem
Druck bleiben. Eine eingestellte Heizzeitschaltuhr oder ein Programm
sollte die Heizung ausschalten und das Laminat unter Druck halten,
bis die Membranschalter bzw. das Laminat auf eine Nenntemperatur
von 125°F
abgekühlt
sind.
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Nachdem
die Presse öffnet,
werden das Paket zerlegt und die Platten der laminierten Membran
mit einer Vielzahl von Schalterregionen herausgenommen. Die laminierte
Membran muss ungefähr
12 Stunden bei Raumtemperatur flach liegend entspannen, bevor die
Membran weiter verwendet wird, beispielsweise bei der Montage eines
Mundstücks.
Selbstverständlich
können
auch hier die für
die Entspannung der Membran genutzte Zeit und Temperatur von 12
Stunden bei Raumtemperatur verschieden sein, vorausgesetzt, temperaturabhängige Einflüsse haben
keine nachteilige Auswirkung auf den Membranschalter dieser Erfindung.
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Obwohl
ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der Membranschalter der
vorliegenden Erfindung vorangehend beschrieben wurde, kann jedes
andere, auf dem Gebiet bekannte Verfahren ebenfalls angewandt werden,
vorausgesetzt, der Membranschalter kann durch die normalerweise
bei einer Knirschepisode auftretenden Drücke aktiviert werden. Unabhängig vom
Typ des verwendeten Drucksensors wird der Aktivierungsdruck für den Ein-/Aus-Schalter
vorzugsweise nicht so niedrig eingestellt, dass geringfügiges Zusammenbeißen der
Zähne dazu
führt,
dass der Drucksensor einschaltet. Vorzugsweise liegt der Einschaltdruck zwischen
ungefähr
1 und ungefähr
50 psi, insbesondere zwischen ungefähr 5 und ungefähr 50 psi
und noch besser zwischen ungefähr
10 und 50 psi. Es können
jedoch niedrigere oder höhere
Drücke
verwendet werden und für
Mundstücke
für kleine
Kinder können
die Bereiche tiefer liegen. Für
Sensoren, die Signale erzeugen, die unabhängig von der Größe der Kraft
proportional zur Größe der aufgebrachten
Kraft sind, ist die Elektronik vorzugsweise mit einer Druckschwellenwert-Signalintensität ausgelegt,
unter der kein gesendetes Signal erzeugt wird und über der
ein gesendetes Signal erzeugt wird.
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Darüber hinaus
kann die Elektronik eine Überwachungslogik
enthalten, so dass kein Signal erzeugt wird, bis ein Sendezustand
erreicht ist. Obwohl der Sendezustand einfach jedes Mal aktiviert
werden kann, wenn ein Ein-/Aus-Druckschalter aktiviert wird oder
eine Druckschwellenwert-Signalintensität auftritt, kann eine kompliziertere
Logik verwendet werden, so dass der Sendezustand nicht aktiviert
wird, bis eine gegebene Druckbedingung länger als eine eingestellte
Zeit anhält
oder bis eine eingestellte Druckamplitude erreicht wird. Selbstverständlich umfasst
die Elektronik auch eine Logik, um festzustellen, wann das gesendete
Signal beendet werden soll. So würde
das gesendete Signal aufhören
oder es würde
ein Stoppsignal erzeugt, wenn der Einschalt-Druckzustand zum Ausschalt-Druckzustand
wechselt, d. h. die aktivierten Ein-/Aus-Schalter schalten aus oder das kontinuierliche
Drucksensorsignal fällt
unter die Druckschwellenwertintensität.
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In 1a–c ist zu
sehen, dass eine Mundschutzvorrichtung (mit einem Mundschutz und
einer Handgelenkalarmeinheit gezeigt) einen geformten Kunststoffmundschutz 12 umfasst,
wie in Abschnitt I vorangehend beschrieben. Diese Schutz 12 wird
passend zu den Konturen der Zähne
eines Trägers
individuell angefertigt, indem ein Stück Kunststoff an eine Gipsform
der oberen Zähne
eines Trägers
geformt wird. Taschen oder Hülsen 14 sind
in dem Schutz 12 geformt, um eng an den Seiten und Beißflächen jedes
einzelnen Zahns zu sitzen, so dass der Schutz 12 bequem
ist und nicht von den Zähnen
fällt.
Wenn er in den Mund des Trägers eingeführt wird,
stellt der Schutz 12 eine schützende Schicht von Kunststoff
zwischen den oberen und untern Zähnen
bereit.
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Druckaktivierte
Elastomerschalter 16 sind quer in dem geformten Kunststoffschutz 12 bündig mit
einer Beißfläche eines
Zahns oder mehrerer Zähne
eingebettet. Diese Schalter 16 sind mit einer Schicht flexiblen Kunststoffs 18 bedeckt
und hermetisch versiegelt. Außerdem
sind in dem Kunststoff 18 in dem Schutz 12 elektrische
Drähte 20 bedeckt
und versiegelt, die von den Schaltern 16 durch eine hintere
Kunststoffwand 22 des Schutzes 12 in den Abschnitt
II 24, das Elektronikfach aus geformtem Kunststoff, verlaufen.
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Das
Fach 24 umfasst eine Knopfbatterie-Stromquelle 26 und
einen optionalen Halter (nicht abgebildet) und einen Funkfrequenzsender 30.
Abschnitt II bzw. das Kunststofffach 24 ist an den Kunststoffschutz 12 (Abschnitt
I) geformt, so dass die Batterie 26 und der Sender 30 eingebettet
sind. Wenn der Träger
auf den Schutz 12 beißt,
wird Druck auf die Elastomerschalter 16 ausgeübt. Dieser
Druck veranlasst die leitfähigen
Partikel, die in den Elastomerschaltern 16 enthalten sind,
zu leiten. Dies aktiviert den Sender 30, der ein Funksignal sendet,
um einen Alarm 32 zu aktivieren, der in einer Empfängereinheit 34 enthalten
ist. Das Fach 24 umfasst außerdem eine Funkantenne 36,
die zur korrekten Signalprojektion mit dem Sender 30 assoziiert
ist.
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Die
kombinierte Vorrichtung der 1a–c umfasst
außerdem
eine Empfängereinheit 34,
die in der Figur als ein Armband 38 dargestellt ist. Das
Armband 38 umfasst einen Strom-Ein-/Aus-Schalter 40 und
den Alarm 32. Eine Ausführungsform
eines Elektroschemas einer Überwachungs-
und Sendeschaltung, allgemein 42, ist in 2a gezeigt,
während 2b eine
Ausführungsform
eines Elektroschemas für
eine Empfänger-/Alarmschaltung,
allgemein 44, zeigt.
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In 3 ist
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, allgemein 50,
mit einem Mundstück 52 gezeigt,
das dazu angefertigt ist, konform zu Oberkiefer und Zähnen eines
Benutzers zu sein. Das Mundstück 52 umfasst
eine druckempfindliche Membran 54, einen Chip/Sender 56 und
eine Batterie 58 zum Liefern von Strom an die Membran 54 und
den Chip 56, die in elektrischer Verbindung stehen und
alle in einem bioverträglichen
Kunststoffmaterial 60 gekapselt sind, wie in 4a–b gezeigt,
bei denen es sich um Querschnitts-Segmentzeichnungen handelt. Der
bevorzugte Chip oder Mikroprozessor für die Verwendung in dieser
Anwendung ist ein von RFM in Dallas, Texas erhältlicher PCM-170 Chip. Das
bevorzugte Kunststoffmaterial ist ein klares Acrylpolymer, wie beispielsweise
so genanntes Acryl in Dentalqualität.
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Die
Druckmembran 54 umfasst eine Vielzahl von Druckschaltern 62.
Die Schalter 62 können
alle in elektrischer Verbindung miteinander stehen, so dass das
Aktivieren eines beliebigen Schalters zu einer Änderung des Zustands der Membran
führt,
wie in 5a–c gezeigt, oder jeder Schalter
kann einen eigenen Stromkreis haben, so dass die Vorrichtung feststellen
kann, welcher Schalter aktiviert wurde. Wie in 6 gezeigt, umfasst
der Chip bzw. die integrierte Schaltung 56 einen Sender
(nicht abgebildet) und eine Vielzahl von Pins 66a–f, die
mit einer dazu passenden Vielzahl von Stromkreiselementenden 68a–f verbunden
sind, die mit Stromkreiselementen 70a–f der Membran 54 assoziiert
sind, wie in 5a–c und 6 gezeigt.
(Es ist zu beachten, dass die Elemente 70b und 70c in
der Ausführungsform
nicht existieren und bei chipbasierter Datenerfassung, Datenanalyse
sowie -verarbeitung und -speicherung verwendet würden.)
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Die
Druckschalter 62 sind Ein-/Aus-Schalter, die normalerweise
in einem offenen oder ausgeschalten Zustand sind und zu einem geschlossenen
oder eingeschalteten Zustand wechseln, wenn ausreichend Druck auf
die Membran 54 ausgeübt
wird, so dass mindestens ein Schalter 62 in seinen geschlossenen
oder eingeschalteten Zustand wechselt und bewirkt, dass die ganze
Membran 54 in ihrem geschlossenen oder eingeschalteten
Zustand ist. Wenn jeder Schalter einen eigenen Stromkreis hat, kann
der Mikroprozessor/Sender 56 natürlich feststellen, welche Schalter
aktiviert wurden und diese Daten könnten genutzt werden, um Druckmuster
während
Bruxierepisoden zu analysieren. Der Pin 66a ist mit dem
Element 70a am Elementende 68a verbunden, das
einer Seite des Membranschalterstromkreises entspricht. Der Pin 66f ist
mit dem Element 70f am Elementende 68f verbunden,
das der anderen Seite des Membranschalterstromkreises entspricht
und ist außerdem
mit einem positiven Pol 72 der Batterie 58 verbunden.
Die Pins 66b, c und e sind mit Masse oder einem negativen
Pol 74 der Batterie 58 verbunden. Der Pin 66d ist
mit einer Antenne 76 für
den Sender 56 assoziiert.
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Wenn
daher der Membranschalter infolge während einer Knirschepisode
auf die Membran ausgeübten
Drucks schließt,
fließt
Strom zum Sender 56, der ein Signal erzeugt, das eine Änderung
des Zustands der Druckmembran 54 bzw. eines einzelnen Schalters 62 angibt.
Selbstverständlich
kann es sich bei den Druckschaltern 62 auch um Kraftmessdosen
oder Elastomermembranen statt einfachen, in der Druckmembran 54 enthaltenen
Ein-/Aus-Schaltern handeln. Wenn Kraftmessdosen, Elastomermembranen,
Dehnungsmessstreifen oder andere Drucksensoren verwendet werden,
kann die Vorrichtung 50 nicht nur zum Messen der Häufigkeit
und Dauer von Knirschepisoden (Signal ein, Signal aus und die Zeitdauer
zwischen Signal ein und Signal aus) verwendet werden, son dern auch
zum Messen der Amplitude und/oder Richtung des von den Sensoren
während
jeder Knirschepisode erfahrenen Drucks.
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Wie
bei genauerer Betrachtung von 3 und 5a–c zu sehen,
handelt es sich bei der Membran 54 um eine Verbundstruktur
mit einer ersten mit Kupfer kaschierten Folie 78 mit ersten
damit assoziierten Schaltungen 80, wobei die Schaltungen 80 eine
Vielzahl elektrisch verbundener Drahtgitterregionen 82 umfassen.
Die Membran 54 umfasst außerdem eine mittlere Isolierfolie 84 mit
Perforationen 86 dadurch hindurch und Klebeschichten (nicht
abgebildet), die mit ihrer Oberseite 88 und Unterseite 90 assoziiert
sind. Die Membran 54 umfasst außerdem eine zweite mit Kupfer
kaschierte Folie 92 mit zweiten damit assoziierten Schaltungen 94,
wobei die zweiten Schaltungen 94 eine Vielzahl elektrisch
verbundener Drahtgitterregionen 96 enthält, die den Regionen 82 des
ersten Kupferstromkreislayouts 80 entsprechen. Die Folien 78, 84 und 92 bestehen vorzugsweise
aus einem Polyamid, wie beispielsweise Nylon und insbesondere aus
einem von DuPont hergestellten Polycaprolactam-Polymer, das unter
dem Handelsnamen PYRALUX® vertrieben wird. Selbstverständlich kann
jedes beliebige Polymermaterial verwendet werden, sofern es in einer
nutzbare druckempfindliche Membranvorrichtung eingeschlossen werden
kann.
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Obwohl
die Perforationen 86 mit der gesamten mittleren Folie 84 assoziiert
sein können,
befinden sich die Perforationen 86 vorzugsweise in gemusterten
Anordnungen 98, die den Gittern 82 und 96 entsprechen. Die
Gitter 82 und 96 bestehen vorzugsweise aus dünnen Kupferlinien 100,
die diagonal in einer sie eingrenzenden quadratischen oder rechteckigen
Umrandung 102 geritzt, gedruckt oder geätzt sind (oder durch ein anderes
geeignetes Verfahren aufgebracht sind). Die mit den Gittern 82 und 96 assoziierten
diagonalen Linien 100 können
physikalisch in der selben Richtung ausgeführt sein, sind aber vorzugsweise,
und wie in den Figuren dargestellt, physikalisch diagonal entgegengesetzt
ausgeführt,
so dass das resultierende Muster der Verbundmembran ein Gittermuster
ist und vorzugsweise ein senkrechtes oder quadratisches Gittermuster.
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Die
Kupferlinien mit den dazwischen angeordneten Perforationen bilden
die Basis für
die Druckschalter der druckempfindlichen Membran der vorliegenden
Erfindung. Wenn daher Druck auf die Membran in einer Gitterregion
ausgeübt
wird, bringt der Druck die Kupferlinien durch eine oder mehrere
Perforationen in elektrischen Kontakt, so dass der Schalterstromkreis
bzw. der Membranstromkreis geschlossen wird. Sobald der Stromkreis
geschlossen ist, erkennt die integrierte Schaltung, der Mikroprozessor
oder Chip die Änderung
des Zustands und aktiviert den Sender, der ein Signal sendet, während der
Stromkreis geschlossen ist. Wenn der Druck aufhört, öffnet der Stromkreis wieder,
was vom Chip erkannt wird, und der Sender wird deaktiviert und das
Signal endet.
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In 7 ist
eine andere Ausführungsform
einer Mundschutz-Leiterplatte, allgemein 200 gezeigt, die dazu
ausgelegt ist, eine Vielzahl Metallkuppel-Tastschalter 202 unterzubringen.
Die Kuppelschalter können alle
den selben Nenndruck haben (der Druck der ausgeübt werden muss, damit der Schalter
die Kuppel veranlasst, sich nach unten zu bewegen und den Stromkreis
zu schließen)
oder jeder Schalter kann einen anderen Nenndruckwert oder jede beliebige
andere Kombination von Nennwerten haben. Die Leiterplatte 200 hat die
allgemeine Form des Zahnumrisses 204 eines Trägers und
umfasst eine Vielzahl miteinander verbundener positive Schalterstromkreiselemente 206 und
miteinander verbundene negative Stromkreiselemente 208.
Die Leiterplatte 200 umfasst außerdem eine Antenne 210,
die einer äußeren Kontur 212 der
Platte 200 folgt und eine Gaumenregion 214 mit
sechs Orten 216, die dazu ausgelegt sind, mit Kontaktpins
einer Sechs-Pin-IC und einem positiven Batteriepolknoten 218 und
einem negativen Batteriepolknoten 220 in Kontakt zu kommen.
Jedes Paar negativer und positiver Stromkreiselemente ist dazu ausgelegt,
einen einzigen Kuppelschalter aufzunehmen. So ist die Platte 200 von 7 dazu
ausgelegt, 8 Kuppelschalter unterzubringen. Wenn Druck auf einen
gegebenen Kuppelschalter ausgeübt
wird, der auf einem gegebenen Paar von Elementen angebracht ist,
schließt
die Metallkuppel des Schalters den offenen Stromkreis über dem
gegebenen Paar von Elementen, so dass die IC aktiviert wird und
bewirkt wird, dass ein Signal zur Verarbeitung an einen Empfänger geschickt wird.
Selbstverständlich
ist diese Platte dazu ausgelegt, in einer Polymerabdeckung eingeschlossen
zu sein, um die Platte und die Plattenbauteile von den Fluiden im
Mund des Trägers
elektrisch zu isolieren.
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Die
nächsten
drei Figuren betreffen einen zweiten Typ von Membranschalter als
der vorangehend beschriebene Membranschalter. Die Membranschalter
umfassen, grob ausgedrückt,
eine obere Schicht, eine untere Schicht und eine dazwischen angeordnete
mittlere Schicht. Bei der oberen Schicht kann es sich entweder um
ein Element des offenen Schalterstromkreises oder um ein Nebenschlusselement
handeln. Bei der mittleren Schicht handelt es sich um eine Folie
mit Perforationen in vorgegebener Dichte dadurch hindurch, wobei die
Perforationen eine Größe (Durchmesser)
haben und vorzugsweise in einem Spalten- und Zeilenmuster angeordnet
sind. Die untere Schicht umfasst den Großteil der Stromkreiselemente
zum Anschließen
einer Batterie und einer IC an die Stromkreiselemente, so dass wenn
ein gegebener Druck auf die Membran ausgeübt wird, die Membran von einem
offenen Stromkreis zu einem geschlossenen Stromkreis wechselt, wodurch
die IC aktiviert wird und bewirkt wird, dass die Antenne ein Signal
sendet.
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In 8a–c
ist eine erste Ausführungsform
eines zweiten Typs eines Membranschalters, allgemein 250,
dieser Erfindung abgebildet. Der Membranschalter 250 umfasst
eine obere Schicht 252, eine mittlere Schicht 254 und
eine untere Schicht 256. Die obere Schicht 252 hat
die allgemeine Form des Zahnumrisses 258 eines Trägers und
umfasst zwei rechteckig geformte positive Stromkreiselemente 260,
wobei sich von jedem Element 260 ein Draht 262 von
seinem vorderen Ende 264 erstreckt und an einer Gaumenposition 266 endet.
Die mittlere Schicht 256 hat im Wesentlichen die selbe
allgemeine Form wie die obere Schicht und ist dazu ausgelegt, von
der oberen Schicht 52 überdeckt
zu werden. Die mittlere Schicht 254 umfasst zwei rechteckig
geformte, perforierte Glieder 268, die dazu positioniert
sind, nach dem übereinander
Legen den positiven Stromkreiselementen 260 zu entsprechen.
Die untere Schicht 258 hat eine Zahnregion 270 und
eine Gaumenregion 272. Die Gaumenregion 272 umfasst
sechs IC-Knoten 274a–f,
die von 1–6 nummeriert
sind und einen positiven Batteriepolknoten 276 und einen
negativen Batteriepolknoten 278. Die Gaumenregion 272 umfasst außerdem ein
positives Drahtelement 280, das sich von dem positiven
Batterieknoten 276 erstreckt und in zwei Enden 282 endet,
wobei ein Ende mit dem IC-Knoten 6, 274f verbunden
ist. Die Zahnregion 270 umfasst zwei rechteckig geformte
negative Stromkreiselemente 284 und einen Draht 286,
der die Elemente 284 miteinander verbindet und die Elemente
mit dem IC-Knoten 1, 274a verbindet und der einer äußeren Kontur 288 der
Gaumenre gion 272 folgt. Die untere Schicht 258 umfasst
außerdem
eine Antenne 290, [die] sich von der Gaumenregion 272 erstreckt
und einer vorderen äußeren Kontur 292 der
Zahnregion 270 folgt. Wenn Druck auf die Membran ausgeübt wird,
der ausreicht, um eines oder beide der positiven Elemente mit den
negativen Elementen in Kontakt zu bringen, schließt der Schalter,
aktiviert die IC und bewirkt, dass ein Signal zur Verarbeitung an
einen Empfänger
gesendet wird. Selbstverständlich
ist diese Platte dazu ausgelegt, in einer Polymerabdeckung eingeschlossen
zu werden, um die Platte und die Plattenkomponenten von den Fluiden
im Mund des Trägers
elektrisch zu isolieren. Die perforierten Folien, die in den Membranschaltern
des zweiten Typs der vorliegenden Erfindung nutzbar sind, sind von
C&K Components,
Inc. in Watertown, MA erhältlich. Diese
perforierten Folien, die als die mittlere Schicht verwendet werden,
können
mit verschiedenen Schwellendrucknennwerten hergestellt werden, indem
sowohl die Zahl als auch der Durchmesser der Perforationen in der
Folie gesteuert wird. So können
Aktivierungsdrücke
zwischen ungefähr
5 und 20 psi mit Punktdurchmessern zwischen ungefähr 0,1 mm
und ungefähr
1 mm und Punktteilungen (Zahl von Punkten pro cm2)
zwischen ungefähr
0,1 mm und ungefähr
5,0 mm Abstand zwischen Punkten auf einem regelmäßigen Raster erreicht werden,
d. h. 5,0 entspricht den wenigsten Punkten pro cm2 und
0,1 entspricht den meisten Punkten pro cm2. Die
bevorzugten Folien haben Druckaktivierungen zwischen ungefähr 8 und
ungefähr
15 psi basierend auf einer bevorzugten Teilung zwischen ungefähr 2,0 und
0,5 und einen Punktdurchmesser zwischen ungefähr 0,2 mm und ungefähr 0,5 mm.
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In 9a–c
ist eine zweite Ausführungsform
eines zweiten Typs eines Membranschalters, allgemein 300,
dieser Erfindung abgebildet. Der Membranschalter 300 umfasst
eine obere Schicht 302, eine mittlere Schicht 304 und
eine untere Schicht 306. Die obere Schicht 302 hat
die allgemeine Form des Zahnumrisses 308 eines Trägers und
umfasst zwei rechteckig geformte positive Stromkreiselemente 310,
wobei sich von jedem Element 310 ein Draht 312 von
seinem vorderen Ende 314 erstreckt und an einer Gaumenposition 316 endet.
Die mittlere Schicht 304 hat im Wesentlichen die selbe
allgemeine Form wie die obere Schicht und ist dazu ausgelegt, von
der oberen Schicht 302 überdeckt
zu werden. Die mittlere Schicht 304 umfasst zwei rechteckig
geformte, perforierte Glieder 318, die dazu positioniert
sind, nach dem übereinander
Legen den positiven Stromkreiselementen 310 zu entsprechen.
Die untere Schicht 306 hat eine Zahnre gion 320 und
eine Gaumenregion 322. Die Gaumenregion 322 umfasst
sechs IC-Knoten 324a–f,
die von 1–6 nummeriert
sind und einen positiven Batteriepolknoten 326 und einen
negativen Batteriepolknoten 328. Die Gaumenregion 322 umfasst außerdem ein
positives Drahtelement 330, das sich von dem positiven
Batterieknoten 326 erstreckt und elektrisch mit dem IC-Knoten 6, 324f verbunden
ist und in einem Ende 332 endet. Die Zahnregion 320 umfasst zwei
rechteckig geformte negative Stromkreiselemente 334 und
einen Draht 336, der die negativen Elemente 334 miteinander
verbindet und die Elemente mit dem IC-Knoten 1, 324a verbindet
und einer äußeren Kontur 338 der
Gaumenregion 322 folgt. Die untere Schicht 308 umfasst
außerdem
eine Antenne 340, [die] sich von der Gaumenregion 322 erstreckt
und einer vorderen äußeren Kontur 342 der
Zahnregion 320 folgt. Wenn Druck auf die Membran ausgeübt wird,
der ausreicht, um eines oder beide der positiven Elemente mit den
negativen Elementen in Kontakt zu bringen, schließt der Schalter,
aktiviert die IC und bewirkt, dass ein Signal zur Verarbeitung an
einen Empfänger
gesendet wird. Selbstverständlich
ist diese Platte dazu ausgelegt, in einer Polymerabdeckung eingeschlossen
zu werden, um die Platte und die Plattenkomponenten von den Fluiden
im Mund des Trägers
elektrisch zu isolieren.
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In 10a–c
ist eine dritte Ausführungsform
eines zweiten Typs eines Membranschalters, allgemein 350,
dieser Erfindung abgebildet. Der Membranschalter 350 umfasst
eine obere Schicht 352, eine mittlere Schicht 354 und
eine untere Schicht 356. Die obere Schicht 352 hat
allgemein die Form des Zahnumrisses 358 eines Trägers und
umfasst zwei rechteckig geformte Nebenschlusselemente 360.
Die mittlere Schicht 354 hat im Wesentlichen die selbe
allgemeine Form wie die obere Schicht und ist dazu ausgelegt, von
der oberen Schicht 352 überdeckt
zu werden. Die mittlere Schicht 354 umfasst zwei rechteckig
geformte perforierte Glieder 362, die dazu positioniert
sind, dass sie nach dem übereinander
Legen den Nebenschlüssen 360 entsprechen.
Die untere Schicht 356 hat eine Zahnregion 364 und
eine Gaumenregion 366. Die Gaumenregion 366 umfasst
sechs IC-Knoten 368a–f,
die von 1–6 nummeriert
sind und einen positiven Batteriepolknoten 370 und einen
negativen Batteriepolknoten 372. Die Zahnregion 364 umfasst
zwei rechteckig geformte Bereiche 374, die ein ineinander
greifendes Netz 375 positiver Drähte 376 und negativer
Drähte 378 umfassen.
Die positiven Drähte 376 sind
mit einem positiven Leitungsdraht 380 verbunden, der elektrischen
Kontakt mit dem IC-Knoten 6, 368f und dem positiven
Batteriepolknoten 370 herstellt. Die negativen Drähte 378 sind
mit einem negativen Leitungsdraht 382 verbunden, der elektrischen
Kontakt mit dem IC-Knoten 1, 368a herstellt und
einer äußeren Kontur 384 der
Gaumenregion 366 folgt. Die untere Schicht 356 umfasst
außerdem
eine Antenne 386, [die] sich von der Gaumenregion 366 erstreckt,
einer äußeren Kontur 388 der
Zahnregion 370 folgend. Wenn Druck auf die Membran ausgeübt wird,
der ausreicht, um das Nebenschlusselement mit einem positiven und
einem negativen Draht der ineinander greifenden Netze in Kontakt
zu bringen, schließt
der Schalter, aktiviert die IC und bewirkt, dass ein Signal zur
Verarbeitung an einen Empfänger
gesendet wird. Selbstverständlich
ist diese Platte dazu ausgelegt, in einer Polymerabdeckung eingeschlossen
zu werden, um die Platte und die Plattenkomponenten von den Fluiden
im Mund des Trägers
elektrisch zu isolieren. Selbstverständlich können in beliebigen der Ausführungsformen
des Membranschalters des zweiten Typs die positiven und negativen
Elemente umgekehrt werden, ohne die Funktion des Schutzes zu beeinflussen.
Außerdem
kann es sich bei den verwendeten Stromkreiselementen und der verwendeten
IC um beliebige Stromkreiselemente bzw. IC handeln, die zulassen,
dass der Druckschalter die Steuerschaltungen in der IC aktiviert
und bewirkt, dass die IC ein Signal von der Antenne an einen Empfänger sendet,
der dann das Signal empfängt
und darauf reagiert.
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Darüber hinaus
kann die in jeder der Schutzausführungsformen
der vorliegenden Erfindung enthaltene Batterie durch eine verdickte
Antenne ersetzt werden, die als negativer Pol der Batterie wirkt
und dazu ausgelegt ist, elektrische Energie aus einem Feld auszuziehen,
das den Schutz badet, wenn der offene Stromkreis eines Druckschalters
im Mund geschlossen ist. Das Feld bewirkt dann, das ein Strom durch
die Vorrichtung fließt,
der die IC aktiviert und die IC veranlasst, ein Signal zu senden,
das der Empfänger
empfängt
und auf das der Empfänger
reagiert.
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Wie
in 11 zu sehen, umfasst die Empfänger-/Bio-Feedback-Einheit 150 dieser
Erfindung, grob ausgedrückt
die folgenden Komponenten: einen RF-Empfänger 152, einen Ereignisdetektor 154,
eine Bio-Feedback-Einheit 156, die in der Lage ist, eine
von Menschen wahrnehmbare Reaktion zu erzeugen und optional ein
Datenerfassungssystem 158. Das Datenerfassungssystem 158 kann
einen Ereigniszähler 160, eine
Ereignisanzeige 162, eine Schaltung für verstrichene Zeit/Zeitsteuerung 164,
eine Anzeige für
verstrichene Zeit 166, eine Datenspeichervorrichtung 168 und
eine Datenausgabeeinheit 170 umfassen. Die Bio-Feedback-Einheit 156 kann
einen Hörtongenerator 172,
eine Tonrampenschaltung 174 und einen Lautsprecher 176 umfassen.
Selbstverständlich
kann jede beliebige andere Art von Bio-Feedback-Einheit verwendet
werden, wie beispielsweise ein Vibrator oder eine andere Druck ausübende Einheit.
Bei der Bio-Feedback-Einheit könnte
es sich außerdem
um einen Ohrhörer
mit einem Empfänger,
einem Ereignisdetektor, einem Tongenerator, einer Tonrampenschaltung
und einem Lautsprecher handeln. Es ist zu beachten, dass es sich
bei der Bio-Feedback-Einheit um eine beliebige Einheit handeln kann,
die in der Lage ist, eine von Menschen bewusst oder unterbewusst
wahrnehmbare Reaktion zu erzeugen.
-
BEISPIELE
-
Die
nachfolgenden Beispiele sind im Interesse der Vollständigkeit
der Offenbarung hierin enthalten und um die Verfahren zum Herstellen
der Zusammensetzungen und Verbundwerkstoffe der vorliegenden Erfindung
zu veranschaulichen und um gewisse Eigenschaften der Zusammensetzungen
aufzuzeigen, diese Beispiele sind jedoch in keiner Weise dazu hierin
enthalten, um den Umfang oder die Lehre dieser Offenbarung einzuschränken.
-
Beispiel 1
-
Dieses
Beispiel veranschaulicht den Aufbau einer Empfänger-/Datenerfassungs-/Bio-Feedback-Einheit,
die zusammen mit den Mundschutzvorrichtungen der vorliegenden Erfindung
zu verwenden ist. Obwohl diese aufgebaute Einheit in der Lage ist,
das gesendete Signal von dem Mundstück zu empfangen und als Reaktion
die Daten für
die spätere
Analyse zu speichern und eine von Menschen wahrnehmbare Reaktion
zu erzeugen, soll diese Einheit jedoch auf keine Weise einschränkend sein
und es ist zu beachten, dass jede beliebige Empfänger-Datenerfassungs- und Bio-Feedback-Einheit
ebenfalls verwendet werden kann.
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Die
Einheit 150 kann eine gedruckte Leiterplatte 178 umfassen
mit einem Stromkreislayout 180, wie in 12, 13 und 14 gezeigt,
wobei das Stromkreislayout dazu ausgelegt ist, die in 15–13 gezeigten
Schemas zu implementieren.
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Die
Platte
178 umfasst die folgende Liste von Bauteilen und
die entsprechenden Bezugszeichen für die korrekte Platzierung
der Bauteile auf der gedruckten Leiterplatte
178 gemäß dem in
10 gezeigten Layout
180:
| Bauteil/Element
Nr. | Bezugszeichen | Bauteil/Element
Nr. | Bezugszeichen |
| Kondensator
0,01 μF | C1 | Kondensator
1 μF | C2 |
| Kondensator
0,1 μF | C3 | Kondensator
330 μF | C4 |
| Kondensator
0,01 μF | C5 | Kondensator
1 μF | C6 |
| Kondensator
0,1 μF | C7 | Kondensator
0,01 μF | C8 |
| Kondensator
2,2 μF | C9 | Kondensator
0,33 μF | C10 |
| Kondensator
0,1 μF | C11 | Kondensator
47 pF | C12 |
| Kondensator
20 μF | C13 | Kondensator
0,1 μF | C14 |
| Kondensator
0,1 μF | C15 | Kondensator
0,1 μF | C16 |
| Kondensator
0,01 μF | C27 | Kondensator
0,01 μF | C28 |
| Kondensator
0,01 μF | C29 | Kondensator
220 μF | C30 |
| Kondensator
0,1 μF | C31 | Kondensator
0,1 μF | C32 |
| Kondensator
0,1 μF | C33 | Kondensator
0,01 μF | C34 |
| Kondensator
0,01 μF | C35 | Kondensator
0,01 μF | C36 |
| Kondensator
0,01 μF | C37 | Kondensator
0,1 μF | C38 |
| LED-Anzeige | DS1 | LED-Anzeige | DS1 |
| LED-Anzeige | DS2 | Steckverbinder
10 F | J1 |
| Steckverbinder
10 F | J2 | Steckverbinder
10 F | J3 |
| Steckverbinder
10 F | J4 | Pot
3t 20 K | R1 |
| Widerstand
4,7 KΩ | R2 | Widerstand
2,2 KΩ | R3 |
| Widerstand
10 KΩ | R4 | Widerstand
10 kΩ | R5 |
| Pot
3t 10 KΩ | R6 | Pot
3t 10 KΩ | R7 |
| Widerstand
4,7 KΩ | R8 | Widerstand
4,7 KΩ | R9 |
| Widerstand
100 KΩ | R10 | Widerstand
22 MΩ | R11 |
| Widerstand
10 KΩ | R12 | Widerstand
220 KΩ | R13 |
| Widerstand
14 DIP 10 KΩ | R14 | Widerstand
14 DIP 10 KΩ | R15 |
| Widerstand
10 KΩ | R16 | Widerstand
14 DIP 10 KΩ | R17 |
| Widerstand
10 KΩ | R18 | Widerstand
10 KΩ | R19 |
| Widerstand
10 KΩ | R20 | Widerstand
10 sip val | R23 |
| Pot
3t 10 KΩ | R24 | Widerstand
10 KΩ | R30 |
| Widerstand
(verwendet, wenn andere Spannung) | R32 | 7-Pin-DIP-Schalter | S1 |
| 7-Pin-DIP-Schalter | S2 | Prüfpunkt | TP1 |
| Prüfpunkt | TP2 | Prüfpunkt | TP3 |
| DIP
14 LM339NA | U2 | DIP
14 4066 | U4 |
| DIP
8 LM555CNB | U5 | RX1300 | U6 |
| DIP
16 74HC4060 | U7 | DIP
16 74HC4040 | U8 |
| DIP
16 74HC190 | U9 | DIP
16 4511 | U10 |
| DIP
16 74123 | U11 | DIP
16 74HC190 | U12 |
| DIP
16 4511 | U13 | DIP
16 74HC190 | U14 |
| DIP
16 4511 | U15 | DIP
14 74HC08 | U16 |
| DIP
8 LM386 | U17 | DIP
14 4066B | U18 |
| DIP
14 4066B | U19 | DIP
14 74HC164 | U20 |
| DIP
16 74HC160 | U21 | DIP
16 4511 | U22 |
| DIP
16 74HC190 | U23 | DIP
16 4511 | U24 |
| DIP
16 74HC190 | U25 | DIP
16 4511 | U26 |
| DIP
16 74HC160 | U28 | DIP
16 74HC42 | U29 |
| DIP
14 74HC04 | U30 | TO-220AB
LM7805CTB+5V reg | Vr1 |
| TO-39
LM78L15ACZA+15V reg | VR2 | XTAL
Kristall 32768 | XJ |
-
Selbstverständlich kann
jede beliebige andere Empfängereinheit
und jede beliebige andere Leiterplattenauslegung ebenfalls verwendet
werden, solange der Empfänger
ein gesendetes Signal empfangen und eine von Menschen wahrnehmbare
Reaktion erzeugen und optional Informationen zu jeder Knirschepisode speichern,
analysieren und/oder ausgeben kann, wie beispielsweise Dauer, Druckamplitude
und/oder -richtung, Zeit des Auftretens oder dergleichen.
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Obwohl
die Erfindung unter Verweise auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
offenbart wurde, wird der Fachmann anhand dieser Beschreibung einsehen,
dass Änderungen
und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang dieser
Erfindung, wie nachfolgend beansprucht, abzuweichen.