Beschreibung :
Bezeichnung der Erfindung
Zwischenlage zur Verbesserung des Tragekomforts von am Körper getragenen Gebrauchsgegenständen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Zwischenlage zur Verbesserung des Tragekomforts von am oder im Körper getragenen Gebrauchsge- genständen.
Besonders bei Gebrauchsgegenständen, die oft und über längere Zeit am oder im Körper eines Menschen oder Tieres getragen werden, treten an den Berührungsstellen mit dem Körper durch Druck beanspruchte Stellen auf, welche durch die Befestigungsvorrichtungen, das Eigengewicht des Gebrauchsgegenstandes, der Wechselwirkungen zwischen Körper und Gebrauchsgegenstand oder ähnliches erzeugt werden. Durch die individuelle, unebene Körperform ergibt sich an den Kontaktstellen eine ungleichmäßige Druckverteilung, die zu einem verringertem Tragekomfort und zur Beeinträchtigung des Wohlbefindens des Trägers, z.B. in Form von lokalen Rötungen, Druck- und Scheuerstellen, Blasen, Entzündungen sowie Schmerzen, führen.
Eine typische Reaktion eines Trägers ist die temporäre Entlastung der Druckstelle, so zum Beispiel das Versetzen eines Tragriemens oder Trägers, Verschieben oder Abnehmen der Brille, die Veränderung der Körperhaltung oder ähnliches. Bei der Anwendung von fixierten Gebrauchsgegenständen, wie zum Bei- spiel Bandagen, ist dies allerdings nicht möglich.
Stand der Technik
Diesem Problem wurde bisher technisch mit der Verwendung von Polstermedien, wie Schaumstoffen, Gummi, Flüssigkeiten oder Luft begegnet, um eine Weichlagerung zu ermöglichen.
Bei dem Einsatz von Schaumstoff, Gummi oder ähnlichem wird bei den unebenen Körperkonturen die Auflagefläche erhöht, es wird eine verbesserte Anpassung an die Konturen und eine Minderung der punktuellen Belastung erreicht. Zusätzlich wirkt der Gummi als Dichtung, was bei bestimmten Anwendungen erforderlich ist.
So wird in EP 0 852 935 AI eine Möglichkeit beschrieben, Bandagen durch eine Form-Anpassung an ein Körperteil zu verbes- sern. Dazu wird das Bandagen-Material durch ein thermisches Verformen an die spezielle anatomische Form durch Positivoder Negativ-Formen nachgebildet. Damit können störende Verbindungsstellen vermieden werden. Als Material werden Werkstoffe mit thermo-plastischen Charakter wie Vliesstoffe, Ge- webe/Gewirke/Gestricke sowie folienartige Kunststoffe mit geringer Steifigkeit, wie z.B. LDPE/Schaumstoff , eingesetzt.
Der individuelle anatomische Abdruck besitzt jedoch den Nachteil der nur einmaligen, personengebundenen Verwendung oder bei Standardformen der bedingten Passform.
Eine verbesserte Druckverteilung und Formanpassung besonders für Gebrauchsgegenstände, die den Stützapparat des Menschen betreffen, wird durch den Einsatz von gewöhnlichen Gelen als Polstermedium erreicht.
DE 298 16 352 Ul behandelt einen Einsatz von Beuteln mit Gelfüllung für Einlege-Schuhsohlen. Durch den Einsatz von schweißbaren, hochreißfesten Kunststoff-Folien wird eine ent- sprechende Druck-Belastbarkeit und Kälte-Unempfindlichkeit der Einlege-Schuhsohlen gewährleistet.
DE 200 11 334 Ul befaßt sich ebenfalls mit dem Einsatz eines Gel-Kissens als Dämpfungselement in einer Einlege-Schuhsohle .
Für Arbeitsschutz-Schuhe wird in EP 0 774 219 AI der Einsatz von Gel -Kissen als Dämpfungselement beschrieben.
In WO 96 28 057 wird eine Schuhsohle mit einem besonderen Aufbau beschrieben, der auf der Grundlage des Einsatzes von Gelen eine verbesserte Formanpassung ermöglicht. Das Prinzip basiert auf einer Sandwich-Struktur der Schuhsohle, bestehend aus einer Außen- einer Innen- und einer Zwischenschicht. Die Zwischenschicht besteht aus zwei Gelarten. Die erste Gelart mit viskoelastischen Eigenschaften ist z.B. ein gewöhnliches Polyurethan-Gel. Die zweite, darunter angeordnete Gelart ist ein temperatur-sensitives Gel mit Lower Critical Solution Temperature-Verhalten. Durch die Einwirkung der Fußtemperatur wird dieses Gel erwärmt und passt sich der Fußform des Trä- gers durch lokales Quellen bzw. Entquellen beim Tragen allmählich an.
Alle vorgenannten gel-basierten Gebrauchsgegenstände vermeiden lokale Druckspitzen durch Ausnützen der besonderen visko- elastischen Eigenschaften von Gelen, die eine sehr gute Körperanpassung und Druckverteilung gewährleisten. Ihr wesentlicher Nachteil besteht in der ausschließlichen Nutzung des Prinzips der Weichlagerung. Das Problem der permanenten Belastung von immer derselben Kontaktstelle bleibt ungelöst. Auch bei der Schuhsohle nach WO 96 28 057 erfolgt lediglich eine allmähliche Anpassung an die Körperform des Fußes.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zwischenlage für einen op- timalen Tragekomfort von intensiv genutzten, am oder im Körper getragenen Gebrauchsgegenständen für Menschen oder Tiere zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 an- gegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 13 angegeben.
Die Erfindung betrifft Anwendungen, welche auf dem Effekt einer aktiven Umlagerung mit Hilfe von an sich bekannten, tem- peratur-sensitiven Gelen beruhen. Temperatur-sensitive Gele ordnen sich in die Klasse der sogenannten smarten Gele ein. Die besondere Eigenart smarter Gele besteht darin, dass sie ihre Eigenschaften, insbesondere ihr Volumen bzw. ihren Quellungsgrad, bereits bei geringen Änderungen einer bestimmten Umgebungsgröße durch ihr Phasenübergangs-Verhalten reversibel ändern. Das jeweils vom smarten Gel eingestellte Quellungs- Gleichgewicht lässt sich einer bestimmten Quantität der Umgebungsgröße zuordnen. Für die Erfindung sind temperatur-sensitive Gele mit einem Lower Critical Solution Temperature (LCST) -Verhalten relevant. Gele mit LCST-Charakteristik sind bei Temperaturen unterhalb der Phasenübergangs-Temperatur ge- quollen und entquellen bei Überschreiten der Phasenübergangs- Temperatur.
Erfindungsgemäß wird dieses Verhalten für eine aktive Zwischenlage mit mindestens einer Komponente aus temperatur- sensitiven Gelen zur Verbesserung des Tragekomforts am oder im Körper getragener Gebrauchsgegenstände genutzt. Trägt der Träger den Gebrauchsgegenstand am oder im Körper, kommt es durch den direkten Kontakt an den Berührungsstellen zur Übertragung der Haut- bzw. Körpertemperatur auf die Zwischenlage mit dem temperatur-sensitivem Gel. Liegt die Phasenübergangs- Temperatur gering unterhalb der Haut- bzw. Körpertemperatur, wird die Phasenübergangs-Temperatur des Gels überschritten und es entquillt lokal an dieser Stelle. Dies führt zum Ausbilden neuer lokaler Kontaktstellen und zu einer Entlastung der alten Stelle. Im Extremfall kann diese hohlgelagert sein.
An den neuen Kontaktstellen wiederholt sich dieser Vorgang, während die alte Kontaktstelle sich infolge der verminderten Wärmeübertragung wieder abkühlt und bei Unterschreiten der Phasenübergangs-Temperatur wieder quillt. Temperatur- sensitive Gele besitzen selbstverständlich auch die vorteil-
haften visko-elastischen Eigenschaften gewöhnlicher Gele und garantieren deshalb zusätzlich eine sehr gute Weichlagerung.
Die permanente Umlagerung der lokalen Kontaktstellen ist ein gering-dynamischer Prozeß, so dass der Träger diesen Effekt nicht bemerkt. Je nach Anwendung kann die optimale Umlage- rungszeit zwischen 30 s und 2 h liegen. Größere Zeiten sind zu vermeiden, da dann bei Überschreiten des kapillaren Ver- schluss-Druckes mit dem Ausbilden schmerzhafter Druckstellen zu rechnen ist. Der erwünschte sanft-dynamische Umlagerungs- effekt tritt bei zweischichtigen Zwischenlagen jedoch nur dann ein, wenn die Schicht mit dem temperatur-sensitiven Gel körperseitig angeordnet ist und die Körperwärme ungehindert oder nahezu ungehindert das Gelverhalten steuern kann.
Die Lage der Phasenübergangs-Temperatur der eingesetzten temperatur-sensitiven Gele ist abhängig von der Körperregion, in welcher die Zwischenlage eingesetzt werden soll, da der Körper typische Isothermen für die verschiedenen Körperteile be- sitzt.
Die Zwischenlage ist vorzugsweise Bestandteil eines Gebrauchsgegenstandes, der in ständigem Gebrauch des Trägers ist, wie beispielsweise Prothesen, Hörgeräten, Brillen, Perü- cken, Gebissersatz, oder ein dauerhaft zu tragendes orthopädisches Hilfsmittel, oder ein nur zeitweise oder zeitweilig zu tragender Gebrauchsgegenstand, wie beispielsweise eine orthopädische Schiene, eine Orthese, ein Gipsverband, ein Wundverband, eine Bandage oder ein Stützgürtel, eine Kompresse, Stützstrümpfe, ein Stützstrumpfhose, orthopädische Einlagen, ein Stützkorsett.
Ein anderes Anwendungsgebiet der Zwischenlage ist der Bereich des Arbeits-, Gesundheits- und Unfallschutzes, beispielsweise bei Schutz-Masken, Schutz-Helmen, Schutz-Brillen, Schutz- Handschuhen, Gelenkschützern und Schuhwerk.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Zwischenlage sind Riemen, beispielsweise Halteriemen, Zugriemen, Tragriemen, selbstverständlich auch für Tiere, Bänder, Griffe, Träger oder Stützen eines Kleidungsstückes oder eines sonstigen zu tragenden Gebrauchsgegenstandes. Beispiele sind der Tragriemen oder die Stütze eines Rucksackes, der Griff eines Koffers oder eines Fahrrad-Lenkers, das Halteband oder die Einlage eines Büstenhalters, ein Uhr-Armband.
Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Anwendung der Zwischenlage in der invasiven Medizin, beispielsweise bei Kathedern, Ports, Atemröhren, Implantaten.
Noch ein anderes Anwendungsgebiet ist die Anwendung der Zwi- schenlage bei Reittier-Sätteln, wobei eine temperatur-sensitive Schicht sowohl auf der Seite des Reittiers als auch auf der Seite des Reiters angeordnet sein kann. Ebenso ist eine Zwischenlage auf Zweirad-Sätteln nützlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen in Körperkontakt stehenden Gebrauchsgegenstand mit einer erfindungsgemäßen Zwischenlage in verschiedenen Arbeitsphasen,
Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau eines Gebrauchsgegenstandes mit Zwischenlage,
Fig. 3 einen Brillenbügel,
Fig. 4 den Teil eines Innenohr-Hörgerätes und
Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau eines Schutzhelms.
Beste Wege zur Ausführung der Erfindung
Ein in Fig. la nicht näher dargestellter Gebrauchsgegenstand 1, beispielsweise ein Innenohr-Hörgerät, ist mit einer Zwischenlage 2, die ein temperatur-sensitives Gel, z.B. Poly (N- Isopropylacrylamid) , enthält, beschichtet. Der Verbund aus Innenohr-Hörgerät 1 und Zwischenlage 2 weist zweckmäßig eine Standardform auf, welche grob der Anatomie der Ohrmuschel und des Gehörgangs seines Trägers angepaßt ist. Beim Tragen befindet er sich in Kontakt mit dem Körperteil 3 des Trägers, also im Beispiel des Innenohrs und der Ohrmuschel. Durch die nicht ideale Paßform des Verbundes an das Körperteil 3 wird die Kontaktstelle lokale Bereiche besitzen, an denen die eigentlichen Berührungsstellen liegen. An diesen Berührungsstellen treten z.B. durch die Eigengewichtskraft des Innen- ohr-Hörgerätes verursachte Drücke pi und p2 auf, welche die Haut des Körperteils 3 beanspruchen. Wird die Körpertemperatur T des Körperteils 3 lange genug auf die Zwischenlage 2 übertragen (Fig. lb) , wird das Gel der Zwischenlage 2 an den direkten Berührungsstellen über seine Phasenübergangs- Temperatur von beispielsweise 34 °C erwärmt und entquillt lokal an diesen Stellen. Wie Fig. lc zeigt, werden dadurch die alten Berührungssteilen entlastet (im Extremfall durch Hohllagerung) und es bilden sich neue Berührungsstellen aus, an denen dann die Drücke p3 , p4 und p5 auftreten. Nach einiger Zeit kühlen sich die alten Berührungsstellen wieder unter ihre Phasenübergangs-Temperatur ab und quellen. An den neuen Berührungspunkten hingegen wiederholt sich der beschriebene Vorgang. Poly (N- Isopropylacrylamid) ist ein temperatursensitives Hydrogel mit einer Phasenübergangstemperatur von 33 °C bis 34 °C und eignet sich dadurch ohne Zusatzbehandlung für sehr viele erfindungsgemäße Zwischenlagen. Durch Copoly- merisation oder durch eine Variation der QuellmittelZusammensetzung kann in bekannter Weise die Lage der Phasenübergangs- temperatur jedoch auch gezielt auf Werte zwischen 5 °C und 50 °C und damit auf praktisch auf jeden von der Erfindung er- fassten Anwendungsfall eingestellt werden.
Die Zwischenlage 2 bietet für die in den abhängigen Ansprüchen genannten Einsatzgebiete eine zweckmäßige und attraktive Erhöhung des Trage- und Nutzungskomforts. Sie sind jedoch keineswegs erschöpfend behandelt, da sich der Einsatz der Zwischenlage auch für viele weitere Anwendungen empfiehlt.
Die Zwischenlage 2 hat den in Fig. 2 dargestellten prinzipiellen Aufbau. Sie ist von einer Umhüllung 4 umschlossen, die aus einem dünnen, körperverträglichen und den mechani- sehen Beanspruchungen genügenden Material hergestellt. Sie kann neben Elasten auch textile Komponenten enthalten, da entsprechend dünne Materialien die notwendigen Wärme-Übertragung nicht nachhaltig beeinträchtigen. Auf der dem Körper des Trägers zugewandten Seite folgt die aktive Lage 5 der Zwischenlage 2, die aus temperatur-sensitivem Gel, z.B. Poly- vinyl-Methylether, besteht. Polyvinyl-Methylether hat eine Phasenübergangstemperatur von 37 °C. Die aktive Lage 5 kann vor allem für sehr große Zwischenlage-Flächen aus Gründen von Effekten der Wärmekapazität gekammert sein, so daß die lokale Erwärmung von einer oder wenigen Kammern möglich ist. Auf eine Kammerung kann bei Flächen, die kleiner als 1 cm2 sind, verzichtet werden, da hier Wärmekapazitäts-Effekte von untergeordneter Bedeutung sind. Die aktive Lage 5 ist so zu gestalten, daß sich das bei einer lokalen Entquellung freiwer- dende Wasser innerhalb des vorgesehenen Raumes verteilen kann.
Vor allem für sehr großflächige Anwendungen kann der auf den visko-elastischen Gel-Eigenschaften beruhende Weichlagerungs- effekt durch eine zusätzliche Schicht 6, die aus gewöhnlichen Gelen, wie z.B. Polyurethan-Gel, besteht, verstärkt werden. Diese nicht temperatur-sensitive Schicht 6 der aktiven Zwischenlage 2 befindet sich auf der dem Körperteil abgewandten Seite der Zwischenlage 2.
Die aktive Zwischenlage 2 nach Fig. 2 kann z.B. aus Platzgründen auch ohne die zusätzliche Schicht 6 ausgebildet sein.
Im Beispiel nach Fig. 3 wird die mechanische Stabilität der aktiven Zwischenlage 2 durch ein Bügelteil 7 einer Brille gewährleistet. Der Bügelteil 7 ist von der aktiven Zwischenlage 2 im Bereich der Druckstellen mit dem Kopf des Trägers umhüllt. Weitere Druckstellen sind beispielsweise bei Brillen im Nasenbereich, zu finden. Auch diesbezügliche Gestellteile einer Brille für die Nasenflügel oder den Nasenrücken können entsprechend mit einer aktiven Zwischenlage 2 ausgestattet sein.
In Fig. 4 ist schematisiert ein Schnitt durch den Teil eines Innenohr-Hörgerätes dargestellt. Das Gehäuse 8 ist wiederum mit einer aktiven Zwischenlage 2 umhüllt und gibt mechanische Stabilität. Der Leerraum 9 dient der Aufnahme der Lautsprechereinheit. Selbstverständlich kann die aktive Zwischenlage 2 anatomisch vorgeformt sein.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Schutzhelm, beispielsweise einen Fahrradhelm. Der Schutzhelm ist aus einer mechanisch stabilen Hülle 10, einer inaktiven Polsterung 11 und einer kopfseitigen aktiven Zwischenlage 2 aufgebaut. Durch eine aktive Formanpassung ergeben sich eine verbesserte Formanpassung, ein verbesserter Sitz und eine bessere Druckverteilung am Kopf des Trägers.