Die Erfindung beschreibt ein flexibles und in seinen Verformungseigenschaften variables, belastungsadaptives Biegebauteil, welches zu einer Baugruppe gleicher oder skalenvarianter Bauteile formiert, in eine humanmedizinische Orthese integriert werden kann. Das variable, belastungsadaptive Biegebauteil ist als skalierbares, parametrisierbares Konstruktionselement formuliert. Dadurch wird die Integration in unterschiedlichen Orthesen ermöglicht.
Inhaltsverzeichnis
Technische Beschreibung
Stand der Technik
Problembeschreibung
Problemlösung
Erreichbare Vorteile
Aufbau
Wirkungsweise
Bauliche Ausführung
Schutzansprüche
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Vorstellung eines autoadaptiven, flexiblen Bauelements, das speziell für die Integration in Orthesen im Lendenwirbelsäulenbereich entwickelt wurde, um paradoxe Belastungs-Verformungsregime ohne komplexe mechatronische Systeme zu realisieren.
- Entwicklung belastungsadaptiver Konstruktionselemente
- Optimierung der Anpassungsfähigkeit an den menschlichen Körper (Autoadaption)
- Geometrische Parametrisierung und Skalierbarkeit für universelle Einsatzgebiete
- Einsatz passiver, paradoxer Verformungsmechanismen zur Unterstützung der Rehabilitation
Auszug aus dem Buch
Problembeschreibung
Bei besonderen Orthesen, z.B. solchen zur Stabilisierung und Fixation im Lendenwirbelsäulenbereich des Patienten und anderen Gestaltungsaufgaben wie sie in der Orthopädietechnik auftauchen, sind unter manchen Umständen Beaufschlagungs- Formänderungs- Interaktionen und Bauteil- Körperwechselwirkungen erwünscht, die eine autonome, der Krafteinleitungsrichtung entgegen gerichtete Verformung realisieren (paradoxe Belastungs- Verformungsregime).
Grundsätzlich werden sich paradox nachgiebig-elastisch verhaltende, adaptive Bauteile dort technisch effizient und wirtschaftlich klug eingesetzt, wo der regelungstechnische Kontrollaufwand aus Raum-, Gewichts- und Kostengründen reduziert werden soll und eine mit komplexen mechatronischen Sensor- Aktoranordnungen realisierbare Lösung nicht sinnvoll erscheint, wie es speziell im Orthopädiebereich der Fall ist.
Zusammenfassung der Kapitel
Technische Beschreibung: Definition der Erfindung als flexibles, in seinen Verformungseigenschaften variables Biegebauteil, das als skalierbares Konstruktionselement in Orthesen integriert werden kann.
Stand der Technik: Übersicht über den Einsatz konventioneller Orthesen zur Stabilisierung und Korrektur und die Problematik starrer oder unzureichend adaptiver Bauelemente.
Problembeschreibung: Erläuterung des Bedarfs an paradoxen Belastungs-Verformungsregimen, die eine autonome Anpassung an Krafteinleitungen ohne mechatronische Sensorik ermöglichen.
Problemlösung: Vorstellung einer autoadaptiven Bauweise durch regelbasiert parametrisierbare Anordnungen blockförmiger Elemente, die eine passive, paradoxe Interaktion realisieren.
Erreichbare Vorteile: Darstellung der Skalierbarkeit und Vielseitigkeit der Konstruktion, die es ermöglicht, das Bauteil als universelles Gestaltungselement einzusetzen.
Aufbau: Detaillierte Beschreibung der Geometrie des schlanken balkenförmigen Stabs und seiner fünf Zonen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften.
Wirkungsweise: Analyse der stoffschlüssigen Scharnierverbindungen, die durch ihre lokale Elastizität eine komplexe Gesamtverformung des Konstruktionselementes bewirken.
Bauliche Ausführung: Hinweise zur technischen Umsetzung durch Fügetechnik und der Wahl geeigneter biomedizinischer Kunststoffe.
Schutzansprüche: Auflistung der patentrechtlichen Ansprüche hinsichtlich der parametrisierbaren Anordnung, der scharnierartigen Verbindung und der Wirkungsweise als Viergelenkgetriebe.
Schlüsselwörter
Bionik, Orthesen, Belastungsadaption, Autoadaption, Orthopädietechnik, Biegebauteil, Paradoxes Verformungsregime, Konstruktionselement, Lendenwirbelsäule, Parametrisierung, Skalierbarkeit, Biomedizin, Konstruktionsbauweise, passive Interaktion, Viergelenkgetriebe.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit stellt ein neuartiges, belastungsadaptives und flexibles Bauelement für Orthesen vor, das sich unter Last autonom an den Körper anpasst.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Arbeit befasst sich mit bionischen Konstruktionsprinzipien, orthopädietechnischen Hilfsmitteln und passiven, adaptiven Verformungsmechanismen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Realisierung einer passiven, paradoxen Verformung in Orthesen, um ohne komplexe Mechatronik eine effiziente Unterstützung bei der Rehabilitation zu erreichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es kommt eine konstruktionsmethodische Vorgehensweise zum Einsatz, die auf einer parametrisierbaren Geometrie und strukturmechanischen Optimierung basiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die technische Beschreibung, die Problemanalyse, den detaillierten Aufbau der Konstruktionselemente sowie deren Wirkungsweise und Ausführung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen gehören Bionik, Orthesen, Autoadaption, Konstruktionselement und Belastungs-Verformungsregime.
Was bedeutet in diesem Kontext ein „paradoxes Belastungs-Verformungsregime“?
Es beschreibt eine Eigenschaft des Bauteils, bei der sich dieses autonom entgegen der Krafteinleitungsrichtung verformt, anstatt in der Richtung der Kraft nachzugeben.
Wie unterscheidet sich die Erfindung vom Stand der Technik?
Im Gegensatz zu herkömmlichen, meist abschnittsweise balkenförmigen Bauweisen nutzt diese Erfindung eine regelbasierte Anordnung blockförmiger Elemente, die sich wie ein Viergelenkgetriebe verhalten.
Warum wird auf eine mechatronische Lösung verzichtet?
Aus Raum-, Gewichts- und Kostengründen ist eine komplexe Sensor-Aktoranordnung im Bereich der Orthopädietechnik oft nicht sinnvoll, weshalb eine rein mechanische, passive Lösung bevorzugt wird.
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- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Author), 2012, Transactions in Bionic Patents - Belastungsadaptives, flexibles Bauelement zur Integration in Orthesen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/204925
