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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung für die Modulation von Scherkräften, die
auf eine Hautoberfläche
wirken. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein mehrlagiges
System von Materialien, das, wenn es direkt auf eine Hautoberfläche aufgebracht
wird, Scherkräfte
moduliert, die sonst auf die Hautoberfläche wirken würden, wodurch
diese Kräfte
erhöht
oder vermindert werden, wie dies gewünscht ist.
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Stand der Technik
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Viele
der Aufgaben, die täglich
durchgeführt werden,
machen es erforderlich, dass der menschliche Körper physikalisch mit verschiedenen
Oberflächen
in Kontakt kommt. Wenn ein solcher Kontakt wiederholt stattfindet,
nimmt die Haut ihre natürlichen Ressourcen
in Anspruch, um dicker zu werden, und möglicherweise kann über eine
Zeitdauer ein Kallus erzeugt werden. Jedoch sind einige Aktivitäten derart abrasiv
oder treten über
eine derart kurze Zeitdauer auf, dass diese natürlichen Schutzmaßnahmen
keine ausreichende Zeit haben, um sich zu entwickeln. In solchen
Fällen
kann Schutzkleidung getragen werden, wie z.B. Schuhe oder Handschuhe.
Jedoch können
solche Maßnahmen
unzureichend sein, um die Entstehung von Blasen, Geschwüren, etc.
zu verhindern. Außerdem
führen
Knochenvorsprünge
unter der Haut sowie andere Umstände
zu Perforation und Geschwürbildung
der äußeren Hautschichten,
wenn sie konstant mit Abdeckungen Kontakt haben, die vorgesehen
sind, um diese Gebiete zu schützen,
wie z.B. Matratzen, Matratzenabdeckungen und Bettlaken. In jedem
Fall ist es die auf die Hautoberfläche wirkende Scherkraft, die
zur Oberflächenverschlechterung
führt.
Dieses Problem macht sich in Form von Druckgeschwüren, Geschwürbildungen,
Ballenzehen, Blasen und anderen physikalischen Erscheinungsformen
bemerkbar, die für übermäßige Scherkräfte symptomatisch
sind, die durch übermäßige Reibung
oder verminderte synthetische Oberflächennachgiebigkeit bewirkt
wird, die auf die Hautoberfläche
wirkt.
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Andererseits
ist es zeitweise gewünscht,
die Höhe
solche Scherkräfte
zu erhöhen,
indem eine erhöhte
Reibung zwischen der Hautoberfläche
und einem Gegenstand zu erhöhen,
der mit der Hautoberfläche
in Kontakt steht. Ein gutes Beispiel von dieser Umstand gibt es
in dem Gebiet von Leichtathletik-Wettkämpfen, bei
denen Läufer
das maximale Ausmaß an
Reibung zwischen ihrem Vorderfuß und der
Brandsohle des Laufschuhs fordern, um das maximale Ausmaß an Beschleunigung
in kürzest
möglicher
Zeit zu erreichen. Andere Beispiele der Forderung nach erhöhter Reibung
umfassen die Verwendung von Kiefernteer zur Anwendung bei Handschuhen
für den
Schlagmann oder andere Substanzen, die bei Golf und Tennis verwendet
werden, oder jedesmal dann, wenn ein Sportler es wünscht, eine größere Kontrolle über ein
Gerät mit
einem Griff zu haben.
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Es
wurden zahlreiche Versuche unternommen, um das Problem der Scherkraftverminderung zu
lösen,
wobei die meisten dieser Versuche das Gebiet der Verminderung von
Scherkraft oder deren praktische Beseitigung liegen. Ein Beispiel
findet sich in dem U.S. Patent Nr. 5,586,398 (Carlson), das einen
Schuh mit einer Reibungsmanagement-Schnittstelle offenbart, die in der
Brandsohle eingebaut ist. Der Zweck dieser Ausgestaltung besteht
darin, die Reibung beim Hackenaufschlag zu vermindern und die Reibung
beim Antritt zu erhöhen.
Das Ausmaß an Reibung
zwischen dem Fuß eines
Benutzers und dem Schuh wird durch Interaktion zwischen der den Fuß umgebenden
Socke und einem Einsatz gesteuert. Jedoch lehrt dieses Dokument
nicht die Verwendung von Scherkraftmodulation durch Verwendung von
Reibungsmanagement mit bidirektionaler Steuerung oder die Verwendung
von Materialien, mittels derer eine variierende Zeit/Verlagerungsantwort
auf Scherkräfte
erzeugt wird.
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Das
U.S. Patent Nr. 5,154,682 (Kellerman) beschreibt einen aus Polyethylen
hergestellten Schuheinsatz mit geringer Reibung, der mit der Brandsohle
verbunden ist. Jedoch ist in jedem Ausführungsbeispiel, das durch dieses
Dokument gelehrt wird, eine direkt Wirkung der Fußsohle auf
rutschigem Polyethylen erforderlich.
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Ein
anderer Lösungsansatz
zur Verminderung von Scherkräften
ist in dem U.S. Patent Nr. 2,254,883 (Boyle) offenbart, das von
einer schützenden
Unterlage mit einem klebenden Streifen spricht, an dem drei Schichten
aus dünnem,
weichem Material vorgesehen ist. Die äußere Lage des weichen Materials
wirkt gegen die Haut, während
der klebrige Streifen dazu dient, die mehrlagige Anordnung in ihrer
Position zu halten. Jedoch zeigt diese Vorrichtung nicht die gesteuerte
Verwendung von Reibung oder Nachgiebigkeit, um Scherkräfte hinsichtlich
Richtung, Zeit oder Höhe
zu modulieren.
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Ein ähnlicher
Lösungsansatz
ist in den U.S. Patenten Nr. 4,572,174 und Nr. 5,019,064 (Eilander et
al.) offenbart, die eine Bettunterlagenstruktur mit einer stationären unteren
Lage beschreiben, die mit einer rutschigen oberen Lage verbunden
ist, wobei sich dazwischen ein flüssiges Schmiermittel befindet. Die
rutschige Lage ist porös
und muss angeordnet werden, um mit der Haut Kontakt zu haben. Jedoch lehrt
diese Vorrichtung nicht die Verwendung einer rutschigen Schnittstelle
zwischen zwei Oberflächen hoher
Reibung mit der gesteuerten Modulation von Scherkräften.
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Eines
der Gebiete, in denen seit langer Zeit die Forderung nach einem
Scherkraftmodulationssystem besteht, ist jenes von Brandsohlen.
Derzeit werden frei verkäufliche
Brandsohlen aus einer Vielzahl von Kombinationen aus viskoelastischen
Materialen mit ein, zwei oder drei Lagen hergestellt. Größtenteils
versuchen Markt-Wettbewerber, sich von ihren Konkurrenten durch
ungewöhnliche
Farb- und Materialkombinationen sowie durch andere Marketing-Ideen
abzuheben, statt durch effektive Materialkombinationen, durch die
infolge ihrer physikalischen Interaktion Ergebnisse erreicht werden.
Verfügbare Brandsohlen
tragen dazu bei, fokale Druckspitzen zu reduzieren, die zwischen
dem Fuß und
der Brandsohle gemessen werden, es wurde aber bisher keine Brandsohle
entwickelt, mit Hilfe derer Scherkräfte moduliert werden.
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Die
U.S. 4,051,565 offenbart
ein Matten-Transportmittel, um z.B. Patienten von einer Liegefläche zu einer
anderen zu verlagern, wie dies der Fall ist, wenn ein Patient von
einem Notfalltisch in ein Krankenhausbett verlagert wird. Die Matte
des Transportmittels hat die Form einer Schlaufe, wobei die innere
Oberfläche
auf sich selbst gleiten kann.
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Es
besteht daher die Forderung nach einem Scherkraftmodulationssystem,
mit Hilfe dessen eine genaue Steuerung hinsichtlich der auf die
Haut wirkenden Scherkraft, einschließlich Zeitantwort, Menge oder
Höhe der
Scherkraft, sowie eine Richtungssteuerung der Scherkraft erreicht
wird. Außerdem
würde sich
eine Vorrichtung verbessern lassen, indem sie wirkt, um Spitzendrücke zu reduzieren
(d.h. jene Kräfte,
die in einer vertikalen oder normalen Richtung auf die Hautoberfläche wirken,
wie z.B. die Aufprallkräfte
auf den Fuß beim
Laufen oder Rennen).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Scherkraftmodulationssystem nach
Anspruch 1.
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Die
obere Lage des Scherkraftmodulationssystems kann an der unteren
Lage angebracht oder mit dieser elastisch verbunden sein, und das
obere und das untere Gleitmittel können an der oberen bzw. an
der unteren Lage angebracht oder mit dieser elastisch verbunden
sein. Außerdem
kann die obere Lage an dem oberen Gleitmittel angebracht sein, und die
untere Lage kann an dem unteren Gleitmittel angebracht sein, und
zwar jeweils durch eine elastische Verbindung. Die Anbringung kann
auch erfolgen, indem die Gleitmittel integriert mit ihren jeweiligen
Lagen gebildet sind, so dass die obere Lage und das Gleitmittel
eine integrierte Einheit bilden, und die untere Lage und das Gleitmittel
bilden eine integriert Einheit, wobei die einzelnen Komponenten
(d.h. Lagen und Gleitmittel) praktisch untrennbar sind, wobei die
Lagen mit dem Gleitmittelmaterial beschichtet oder die Komponenten
sichtbar nicht voneinander unterscheidbar sind. Außerdem kann
irgendeine Anzahl von Lagen oder Gleitmitteln in irgendeiner Kombination
aneinander angebracht, miteinander verbunden, miteinander integriert
oder miteinander in Kontakt sein.
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Ein
Scherkraftmodulationssystem, mit Hilfe dessen die Nachgiebigkeit
gesteuert wird, kann Bindeglieder aufweisen, die verwendet werden,
um die Lagen und Gleitmittel miteinander zu verbinden. Nachgiebigkeit
ist als die Leichtigkeit der Bewegung zwischen der oberen und der
untere Lage unabhängig
von der Reibung definiert. Wenn sich die obere und die untere Lage
relativ zueinander bewegen, dann werden die Bindeglieder entweder
gedehnt oder komprimiert, und daher steigt oder sinkt die Nachgiebigkeit.
Dadurch wird die Nachgiebigkeit der Lage infolge der reaktiven Kraft
verändert,
die durch die Bindeglieder erzeugt wird. Die Bindeglieder können aus
elastischen (mit variierenden Elastizitätskonstanten), viskoelastischen
oder nicht-elastischen
Materialien oder in irgendeiner Kombination daraus hergestellt sein.
Indem die Bindeglied-Verbindungen oder Anbringungen vorbelastet,
unbelastet oder schlaff sind, kann die Nachgiebigkeit der Lage ebenfalls
gesteuert werden. Zum Beispiel: die Bindeglieder können in
einem elastisch vorbelasteten Fall eine gewisse anfängliche
Widerstandskraft haben, die ansteigt, wenn die Bindeglieder gedehnt
werden. In einem elastisch unbelasteten Fall haben die Bindeglieder
keine anfängliche
Widerstandskraft, aber eine solche Kraft tritt auf und erhöht sich
dann, wenn das Bindeglied gedehnt wird. In einem elastisch schlaffen Fall
haben die Bindeglieder keine anfängliche
Widerstandskraft; erst nachdem eine ausreichende Verlagerung stattgefunden
hat, um den schlaffen Zustand der Bindeglieder aufzuheben, tritt
die Kraft auf und steigt an, wenn das Bindeglied gedehnt wird. Die
Wirkungen von elastischen Bindegliedern hängen von der relativen Verlagerung
zwischen der oberen und der unteren Lage ab; die Wirkung von viskoelastischen
Bindegliedern hängt
außerdem
von der relativen Geschwindigkeit zwischen den Lagen ab.
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Das
Scherkraftmodulationssystem kann außerdem zur Verwendung als Druckreduzierungsmittel
angepasst sein, und zwar in der normalen Richtung zu den Lagen und
unter Verwendung einer gepolsterten oberen und/oder unteren Lage.
Dadurch wird die Verminderung von kompressiven Kräften auf die
Hautoberfläche
unterstützt.
Die obere und/oder untere Lage kann zur Verwendung als eine Brandsohle
angepasst sein, und die obere und/oder die untere Lage können außerdem einen
Abnutzungsindikator beinhalten, durch den verifiziert wird, dass
das System immer noch korrekt funktioniert. Eine Bewegung zwischen
der Hautoberfläche
und Lage kann dann als Abnutzung an der oberen Lage gesehen werden,
wodurch angegeben wird, dass die Lage anfänglich keine Scherung reduziert,
und zwar infolge einer relativen Verlagerungsveränderung zwischen der oberen
Lage und der Hautoberfläche.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung kann ein erster Reibungskoeffizient zwischen der Hautoberfläche und
der oberen Oberfläche
der oberen Lage größer sein
als ein zweiter Reibungskoeffizient zwischen der unteren Oberfläche des
oberen Gleitmittels und der oberen Oberfläche des unteren Gleitmittels,
während
ein dritter Reibungskoeffizient zwischen der unteren Oberfläche der
unteren Lage und der die Haut scheuernden Oberfläche größer oder kleiner als der zweite
Reibungskoeffizient sein kann. Der erste Reibungskoeffizient zwischen
der Hautoberfläche
und der oberen Oberfläche
der oberen Lage kann auch kleiner sein als der zweite Reibungskoeffizient
zwischen der unteren Oberfläche des
oberen Gleitmittels und der oberen Oberfläche des unteren Gleitmittels,
während
der dritte Reibungskoeffizient zwischen der unteren Oberfläche der
unteren Lage und der die Haut scheuernden Oberfläche größer oder kleiner als dieser
zweite Reibungskoeffizient sein kann.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung kann ein viskoelastisches Fluid kontinuierlich zwischen
der oberen und der unteren Lage gehalten sein, und die untere Oberfläche des oberen
Gleitmittels und die obere Oberfläche des unteren Gleitmittels
können
für einen
bidirektionalen oder unidirektionalen Gleiteingriff ausgestaltet
sein.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung kann eine erste Gruppe von Knoten in dem Scherkraftmodulationssystem
fest an der oberen Oberfläche
des unteren Gleitmittels angebracht sein, und eine zweite Gruppe
von Knoten kann fest an der unteren Oberfläche des oberen Gleitmittels
angebracht sein. Die Knoten können
unterschiedliche Größen oder
Formen haben, und die Anzahl an Knoten kann variiert werden, um
die gewünschte
Scherkraftmodulation zu erreichen.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung kann ein erster Reibungskoeffizient in einem ersten Gebiet
zwischen der unteren Oberfläche
des oberen Gleitmittels und der oberen Oberfläche des untere Gleitmittels
größer sein
als ein zweiter Reibungskoeffizient in einem zweiten Gebiet zwischen der
unteren Oberfläche
des oberen Gleitmittels und der oberen Oberfläche des unteren Gleitmittels.
Der erste Reibungskoeffizient während
der Bewegung entlang eines ersten Pfades zwischen der unteren Oberfläche des
oberen Gleitmittels und der oberen Oberfläche des unteren Gleitmittels
kann ebenfalls größer sein
als ein zweiter Reibungskoeffizient während der Bewegung entlang
eines zweiten Pfades zwischen der unteren Oberfläche des oberen Gleitmittels
und der oberen Oberfläche
des unteren Gleitmittels.
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Gemäß noch einem
noch weiteren Aspekt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung kann die Zeit, die erforderlich ist, um eine vorbestimmte
Höhe eines
ersten Reibungskoeffizienten in einem ersten Gebiet zwischen der unteren
Oberfläche
des oberen Gleitmittels und der oberen Oberfläche des unteren Gleitmittels
zu erzeugen, größer sein
als die Zeit, die erforderlich ist, um eine vorbestimmte Höhe eines
zweiten Reibungskoeffizienten in einem zweiten Gebiet zwischen der
unteren Oberfläche
des oberen Gleitmittels und der oberen Oberfläche des unteren Gleitmittels
zu erzeugen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der Struktur und der Funktion der vorliegenden Erfindung wird unter
Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung erhalten,
und zwar in Verbindung mit dem beiliegenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine
perspektivische weggeschnittene Ansicht der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 eine
Querschnittsansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist;
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3 eine
Draufsicht der vorliegenden Erfindung ist, die ausgebildet ist,
um als eine Brandsohle zu funktionieren;
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4 eine
Querschnittsansicht von einem alternativen Vorführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist;
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5a, 5b, 5c perspektivische
Ansichten von anderen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von direktionaler Scherkraftmodulationssteuerung
zeigen; und
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6a und 6b Variationen
in texturierten Oberflächen
für das
untere Gleitelement der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Detaillierte Beschreibung
des derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Es
wird nun auf 1 Bezug genommen, in der eine
weggeschnittene Ansicht der vorliegenden Erfindung in der Perspektive
zu sehen ist. Das Scherkraftmodulationssystem 10 zur Reibungssteuerung beinhaltet
eine obere Lage 20 und eine untere Lage 40, zwischen
denen ein oberes Gleitmittel 60 und ein unteres Gleitmittel 70 gehalten
sind. Normalerweise ist die obere Oberfläche 35 der oberen
Lage in direktem Kontakt mit einer Hautoberfläche angeordnet, und zwar entweder
von einem Menschen oder einem Tier. Die untere Oberfläche 30 der
oberen Lage hat Kontakt mit der oberen Oberfläche 85 des oberen Gleitmittels.
Die untere Fläche 80 des
oberen Gleitmittels hat wiederum Kontakt mit der oberen Oberfläche 90 des
unteren Gleitmittels, während
die untere Oberfläche 95 des
unteren Gleitmittels mit der oberen Oberfläche 50 der unteren
Lage Kontakt hat. Schließlich
hat die untere Oberfläche 45 der
unteren Lage normalerweise Kontakt mit einer die Haut abscheuernden
Oberfläche
(nicht gezeigt), die irgendeine Anzahl von üblichen Oberflächen beinhalten kann,
denen die Hautoberfläche
ansonsten direkt ausgesetzt ist. Typische die Haut abscheuernde Oberflächen umfassen
Brandsohlen von Schuhen, Matratzenabdeckungen oder Bettlaken, Rollstuhl-Sitzpolster,
die inneren Oberflächen
von Handschuhen, alle Arten von Handgriffen, der Bereich einer Krücke der
unter dem Arm aufgenommen ist, Nasen- und Ohren-Kontaktpunkte von Brillen oder irgendein
Gegenstand oder irgendeine Vorrichtung, die mit einer Hautoberfläche Kontakt haben
kann. Ein solcher Kontakt ist höchstwahrscheinlich
abrasiv, wenn die Kontaktperiode länger andauert, wobei zwischen
der Hautoberfläche
und der abrasiven Oberfläche
Flüssigkeit
entsteht (d.h. Schweiß)
oder wenn auf die die Hautoberfläche
abscheuernde Oberflächen-Schnittstelle
Scherkräfte
wirken. Die vorliegende Erfindung ist auf die gesteuerte Modulation
dieser Scherkräfte
gerichtet.
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In
dem Scherkraftmodulationssystem 10 ist die obere Lage 20 normalerweise
durch Bindeglieder mit der unteren Lage 40 verbunden, und
zwar mit Hilfe von Beschichtungen, Klebstoffen oder elastischen, viskoelastischen
oder nicht-elastischen Bindeglieder 110, die ein Gummiband
oder andere Einrichtungen umfassen können, wie zum Beispiel eine
Faser oder Kunststoff, die sich in einer elastischen oder viskoelastischen
Weise verformen, mit der Tendenz, in ihren ursprünglichen, ungedehnten Zustand
zurückzukehren.
Nicht-elastische Bindeglieder 110, wenn sie schlaff sind,
stoppen einfach die Bewegung in den Lagen, wenn der schlaffe Zustand
nicht mehr vorhanden ist. Das Bindeglieder 110 ist normalerweise
an der oberen Lage 20 und der unteren Lage 40 mit
Hilfe einer Vielzahl an Eintrittsstellen 100 verbunden,
die sich von der oberen Oberfläche 35 der
oberen Lage zu der unteren Oberfläche 30 der oberen
Lage sowie von der oberen Oberfläche 50 der
unteren Lage zu der unteren Oberfläche 45 der unteren
Lage erstrecken. Die elastischen Bindeglieder 110 werden
mit Hilfe von Endpunkten 120 daran gehindert, aus den Eintrittsstellen 100 zu
entweichen. Diese Endpunkte 120 können Knoten in den Bindegliedern 110 sein, oder
sie sind speziell geformt, um größer zu sein
als die Eintrittsstellen 100. Die Endpunkte 120 können auch
aus separaten Elementen bestehen, beispielsweise Verdickungen oder
andere Einrichtungen mit Löchern,
durch die die Bindeglieder 110 geführt und in denen sie gehalten
werden können.
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Ein
alternatives Verfahren zur Konstruktion der vorliegenden Erfindung
ist in 2 gezeigt, in der die obere Lage 20 und
die untere Lage 40 mit Bindegliedern 110 versehen
sind, wie in 1 gezeigt. Jedoch sind das obere
und das untere Gleitmittel 60 und 70 ebenfalls
elastisch verbunden, und zwar jeweils miteinander sowie mit der
oberen und der unteren Lage 20 und 40. In diesem
Ausführungsbeispiel wird
durch die Verbindung des oberen und des unteren Gleitmittels 60 und 70 mit
der oberen und der unteren Lage 20 und 40 ein
etwas eingeschränkterer Gleitkontakt
zwischen dem oberen und dem unteren Gleitmittel 60 und 70 bewirkt.
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Normalerweise
ist die obere Lage 20 über ihre
gesamte Oberfläche
fest an dem oberen Gleitmittel 60 angebracht, und die untere
Lage 40 ist ebenfalls über
ihre gesamte Oberfläche
fest an dem unteren Gleitmittel 70 angebracht. Obwohl eine
feste Anbringungen in jedem Fall zwischen der Lage und ihrem jeweiligen
Gleitmittel (d.h. 20 und 60 sowie 40 und 70)
besteht, kann diese Anbringung über
die gesamte Fläche
des Gleitmittels erfolgen oder nur an einer Vielzahl von ausgewählten Punkten
entlang der Oberfläche
des Gleitmittels. Um eine solche feste Anbringung zu bewirken, können anstelle
von Bindegliedern Leime, Klebstoffe oder Beschichtungen verwendet
werden.
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3 zeigt
das Scherkraftmodulationssystem 10 der vorliegenden Erfindung,
das in der Form einer Brandsohle 125 gebildet ist, die
einen Vorderfußabschnitt 130 und
einen Hackenabschnitt 140 aufweist. Endpunkte 120 entlang
des Randes des Vorderfußabschnitts 130 und
des Hackenabschnitts 140 sind ebenfalls gezeigt. Diese
Figur zeigt, dass die Endpunkte 120 entlang verschiedener
Teile des Randes der Brandsohle 125 verteilt sein können, um so
ein unterschiedliches Ausmaß an
Nachgiebigkeit in dem Forderfuß abschnitt 130 im
Vergleich mit der Elastizität
der Verbindung für
den Hackenabschnitt 140 zu erreichen. Diese unterschiedlichen
Ausmaße an
Nachgiebigkeit können
durch Verwendung von Bindegliedern 110 erreicht werden,
die verschiedene Elastizitätsmodule
haben. Wie in 4 gezeigt, kann das Bindeglied 110 auch
einem Schlangenlinien-Pfad durch die Eintrittsstellen 100 folgen,
beginnend und endend mit Endpunkten 120. Außerdem können verschiedene
Verbindungsmittel, wie z.B. Gummizement, Kontaktzement oder andere
Leime, Kunststoffklammern, synthetische Fasern, Polymere, Epoxide
und andere Verbindungseinrichtungen verwendet werden, um die obere
Lage 20 mit der unteren Lage 40 zu verbinden,
um die vorliegende Verbindung zu realisieren. Diese anderen Anbringungsmittel
können
auch auf das obere und das untere Gleitmittel 60 und 40 angewendet
werden, da sie an der oberen und der unteren Lage 20 und 40 oder
aneinander angebracht sind.
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5a, 5b und 5c zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung, mit Hilfe derer ein bidirektionaler
oder unidirektionaler Gleiteingriff bewirkt wird. Im Fall von 5a sind
das obere und das untere Gleitmittel 60 und 70 angepasst,
um obere und untere Zähne 150 bzw. 160 aufzuweisen.
Der Gleiteingriff zwischen den oberen und unteren Zähnen 150 und 160 ist
in Richtung nach vorne 170 und nach hinten 180 unbeeinflusst,
wird aber in irgendeiner anderen Richtung durch die Tiefe der Zähne in einem
größeren oder
kleineren Ausmaß behindert.
Normalerweise ist das Ausmaß der
Behinderung in Richtungen, die andere sind als die Richtung nach
vorne 170 oder nach hinten 180, größer als die
in Richtung des bidirektionalen Gleiteingriffs (nach vorne 170 und
nach hinten 180). 5b zeigt einen ähnlichen
bidirektionalen Gleiteingriff zwischen dem oberen Gleitmittel 60 und
dem unteren Gleitmittel 70. Da jedoch dreieckig geformte
obere Zähne 150 und
untere Zähne 160 verwendet
werden, ist das Ausmaß an
Behinderung in Richtungen, die andere sind als die Vorwärtsrichtung 170 und
die Rückwärtsrichtung 180,
etwas kleiner als jenes, das mit der in 5a gezeigten
Anordnung erreicht wird.
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5c zeigt
das Scherkraftmodulationssystem 10, das so konstruiert
ist, um einen bidirektionalen Gleiteingriff entlang einer Achse
zu bewirken, und zwar mit einem unidirektionalen Gleiteingriff zueinander.
Die oberen und unteren Zähne 150 und 160 sind in
einem abgeschrägten
Sägezahnmuster
geformt, um so einen bidirektionalen Gleiteingriff entlang der Vorwärtsrichtung 170 und
der Rückwärtsrichtung 180 zu
bewirken, und zwar mit einem unidirektionalen Gleiteingriff in Richtung
nach rechts 220 und einem erhöhten Widerstand der Bewegung
in Richtung nach links 210.
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Andere
Verfahren zum Modulieren der Scherkräfte, die zwischen der Hautoberfläche unter oberen
Oberfläche
der oberen Lage wirken, beinhalten die Steuerung der Reibung durch
Anordnen von Modulen, wie zum Beispiel hemisphärische Knoten 250 oder
pyramidenförmige
Knoten 270 auf dem oberen und dem unteren Gleitmittel 60 und 70,
wie in 6a und 6b gezeigt.
Die Anzahl, Höhe
und Form dieser Knoten beeinflusst den Reibungskoeffizienten zwischen
dem oberen und dem unteren Gleitmittel 60 und 70.
Zusätzlich
zu den Knoten oder anstelle der Verwendung solcher Knoten kann ein
viskoelastisches Fluid (nicht gezeigt) dauerhaft zwischen dem oberen
und dem unteren Gleitmittel 60 und 70 oder zwischen
der oberen und der unteren Lage 20 und 40 gehalten
sein, um die Zeitantwort des Reibungskoeffizienten zu beeinflussen,
der zwischen den Gleitmitteln 60 und 70 vorhanden
ist. Natürlich erfordert
das Halten eines solchen Fluids zwischen den Gleitmitteln oder Lagen
eine Verbindung, die ebenfalls Fluid-undurchlässig ist.
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Obwohl
das Scherkraftmodulationssystem 10 bei vielen Anwendungen
verwendet werden kann, wo es gewünscht
ist, einen direkten Kontakt zwischen einer Hautoberfläche und
einer die Haut abscheuernden Oberfläche zu verhindern, findet sich eine
der häufigsten
Anwendungen bei Brandsohlen von Schuhen, wo die Haut oder eine Socke über der Haut
in direktem Kontakt mit einer der Haut abscheuernden Oberfläche steht,
d.h. mit der Brandsohle. In diesem Fall kann das Scherkraftmodulationssystem 10 in
Form einer Brandsohle gebildet und über die tatsächliche
Brandsohle des Schuhs ausgebildet sein und als eine orthopädische Einlage
verwendet werden. Natürlich
kann das System 10 auch so hergestellt sein, um die Brandsohle
selbst zu bilden.
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Abhängig von
den speziellen Bedingungen, die bezüglich der Sohle des Fußes vorherrschen, kann
ein Podologe verschiedene Kombinationen von Scherkraftmodulation
empfehlen, die durch die verschiedenen Elemente erreicht wird, die
in 1–6 gezeigt sind. Außerdem kann ein Abnutzungsindikator
an der oberen Oberfläche
der oberen Lage 35 vorgesehen sein, um eine visuelle Anzeige
der Wirksamkeit des Scherkraftmodulationssystems 10 zu bieten,
wenn dieses als eine Brandsohle oder als eine orthopädische Einlage
für einen
Schuh verwendet wird. Das heißt,
Gebiete von Abscheuerung oder hoher Abnutzung werden dem Benutzer
oder seinem Podologen nach einer gewissen Zeitdauer der Benutzung
visuell angezeigt. Solche Abnutzungsgebiete können ermittelt werden, und
es können
Veränderungen
hinsichtlich der Konstruktion des Scherkraftmodulationssystems 10 erfolgen,
um die Abnutzung und somit der Hautabscheuerung in verschiedenen
Gebieten der Brandsohle zu vermindern. Natürlich kann das Konzept des Abnutzungsindikators
auch bei anderen Anwendungen angewendet werden. Zum Beispiel kann
eine Auskleidung unter Verwendung des Scherkraftmodulationssystems 10 zur
Verwendung um die Wade in einem Gehgips konstruiert sein. Gebiete
von Abscheuerung und Reibung werden durch den Abnutzungsindikator
angezeigt, und es können Einstellungen
in der Konstruktion der Auskleidung dann so erfolgen, um das Ausmaß an Abscheuerung zu
vermindern oder um die Auskleidung/Brandsohle durch eine neue zu
ersetzen.
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Wenn
das Scherkraftmodulationssystem 10 der vorliegenden Erfindung
als eine Brandsohle verwendet wird, kann es speziell konstruiert
sein, um sowohl Scherbelastung und Spitzendrücke zu reduzieren. Dies kann
erreicht werden, indem die obere und/oder untere Lage 20 und 40 aus
einem dichten Schaumstoff oder aus anderen Materialien hergestellt
wird, die in der Technik bekannt sind und die verwendet werden,
um solche Drücke
zu reduzieren. Für
Diabetiker hat die Reduzierung von sowohl Scherkräften als
auch Spitzendrücken
in dem Fußsohlenbereich
des Fußes,
der für
Geschwürbildung anfällig ist,
einen starken Einfluss auf die Verbesserung der Lebensqualität.
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Das
Scherkraftmodulationssystem 10 der vorliegenden Erfindung
kann als eine zweilagige Scherkraft vermindernde Unterlage betrachtet
werden, durch welche Scherkräfte
an der oberen Oberfläche
vermindert werden (d.h. die obere Oberfläche der oberen Lage 35),
indem eine relative Bewegung zwischen der oberen und der unteren
Oberfläche (d.h.
der oberen Oberfläche 35 der
oberen Lage und der unteren Oberfläche 45 der unteren
Lage) ermöglicht
wird. Das System 10 ist normalerweise konstruiert, indem
zwei Schichten in Kontakt angeordnet werden (d.h. das obere und
das untere Gleitmittel 60 und 70), die sich relativ
zueinander bewegen können und
normalerweise dazwischen einen geringen Reibungskoeffizient haben.
Das Ausmaß an
Scherkraftvermindung kann durch Verwendung von trockenen Schmiermitteln
mit variierenden Reibungskoeffizienten zwischen den Gleitmitteln 60 und 70 eingestellt werden.
Der Gleitkontakt zwischen dem oberen und dem unteren Gleitmittel 60 und 70 kann
durch Verwendung von Bindegliedern 110 auf eine vorbestimmte
Verlagerung begrenzt werden. Bindeglieder können auch verwendet werden,
um die Nachgiebigkeit zwischen der oberen und der unteren Lage zu
erhöhen
oder zu vermindern. Die Scherkraftverminderung kann auch von der
Richtung und von der Geschwindigkeit der relativen Bewegung abhängig gemacht
werden. Schließlich,
wie vorsehend erläutert, kann
die obere Oberfläche
der Lage mit einem Material beschichtet sein, das für Scherkräfte empfindlich ist
und anzeigt, ob die Lage korrekt funktioniert. Ein solcher Indikator
kann durch die Verwendung von Farbe auf der oberen Oberfläche der
oberen Lage realisiert werden. Andere Verfahren zur Abnutzungsindikation
sind in der Technik bekannt.
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Das
Ausmaß an
Scherkraftverminderung kann durch Verwendung einer unteren Lage 40 mit variierender
Dichte oder Steifigkeit variiert werden. Eine solche Konstruktion
ermöglicht
eine Veränderung über zahlreichen
Gebieten der normalen Belastung (d.h. Lastgebiet), wodurch das Ausmaß an Scherkraft
verändert
wird, das zwischen der oberen und der unteren Lage 20 und 40 entsteht.
Das Ausmaß an
Scherkraftmodulation kann eingestellt werden, wie vorstehend erläutert, indem
die relative Verlagerung der oberen und der unteren Lage unter Verwendung
von mechanischen Begrenzungen oder Anschlägen begrenzt wird, wie zum
Beispiel durch die in 2 dargestellten Bindeglieder 110.
Die direktionale Abhängigkeit
des Systems 10 zur Scherkraftverminderung kann unter Verwendung
von texturierten Beschichtungen mit geringer Reibung modifiziert werden
(die an dem oberen und dem unteren Gleitmittel 60 und 70 aufgebracht
sind oder diese umfassen), so dass das texturierte Profil ausgerichtet
ist, um eine leichte Bewegung in bestimmten Richtungen zu ermöglichen
(z.B. bidirektional oder unidirektional. Die Geschwindigkeitsabhängigkeit
bzw. die zeitliche Antwort des Systems 10 auf Scherkräfte kann
unter Verwendung von viskoelastischen Fluiden zwischen dem unteren
und dem oberen Gleitmittel 60 und 70 modifiziert
werden. Die Scherkraftmodulation hängt in diesem Fall von der
relativen Geschwindigkeit zwischen dem oberen und dem unteren Gleitmittel 60 und 70 ab.
Ein solches viskoelastisches Fluid kann in Verbindung mit der Textur
des oberen und des unteren Gleitmittels verwendet werden, um eine
weitere Leistungsmodifikation der Scherkraftantwort in dem System 10 zu
erreichen.
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Obwohl
die obere und die untere Lage 20 und 40 als Lagen
beschrieben wurden und sie in den meisten Fällen auch als solche verwendet
werden, können
sie auch dünne
Material- oder Stoffbahnen beinhalten, die normalerweise nicht als "Lagen" bezeichnet werden.
Außerdem,
obwohl die Modulation der Scherkraft normalerweise dazu dienen soll,
mit Hilfe der Erfindung solche Kräfte zu vermindern, kann das
System 10 auch konstruiert sein, um Scherkräfte zu erhöhen, wie
dies von Sprintern in einem athletischen Wettkampf hinsichtlich
ihrer Brandsohlen oder an den Vorderfußbereichen ihrer Schuhe gewünscht ist. Ähnliche
Verbesserungen hinsichtlich der athletischen Leistungen können durch
Anwendungen des Scherkraftmodulationssystems 10 an den
Innenseiten von Handschuhen für
Golfspieler oder Fußballspieler
realisiert werden, um so eine erhöhte Reibung und bessere Ergebnisse
bei Bedingungen zu erreichen, unter denen die Fähigkeit des Sportler verschlechtert
werden, Golfschläger,
Fußbälle, etc.
zu halten. Mit anderen Worten, der Reibungskoeffizient zwischen
der Hautoberfläche
und der oberen Lage 20 kann größer oder kleiner sein als der
Reibungskoeffizient zwischen der unteren Lage und der die Haut abscheuernden
Oberfläche.
Auf ähnliche
Weise kann der Reibungskoeffizient zwischen dem oberen und dem unteren
Gleitmittel 60 und 70 größer oder kleiner sein als die
Reibungskoeffizienten zwischen der Hautoberfläche und der oberen Lage 20 sowie zwischen
der unteren Lage 40 und der die Haut abscheuernden Oberfläche, und
zwar abhängig
von den gewünschten
Leistungscharakteristiken für
eine spezielle Implementierung des Scherkraftmodulationssystems 10.
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Die
obere und die untere Lage können
aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, wie zum Beispiel
PLASTIZOTETM, das normalerweise höhere Reibungswerte
sowie eine gewisse Bequemlichkeit liefert, wenn es nahe einer Hautoberfläche angewendet
wird. Auf ähnliche
Weise können
das obere und das untere Gleitmittel 60 und 70 aus
Materialien mit einem geringen Reibungskoeffizient hergestellt sein,
wie zum Beispiel TEFLON® oder andere Materialien,
wie zum Beispiel Polymere, schmierige Fluide oder eine Kombination
aus diesen. Das obere und das untere Gleitmittel 60 und 70 können diskrete Materialbahnen
aufweisen, wie in den Figuren gezeigt, oder sie können auch
Schichten aus einer Substanz aufweisen, wie zum Beispiel TEFLON®,
die als eine Beschichtung auf der oberen und der unteren Lage 20 und 40 aufgebracht
ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter spezieller Bezugnahme auf die Verwendung als eine Brandsohle
beschrieben wurde, ist sie auch in anderen technischen Bereichen
anwendbar, in denen Hautoberflächen
durch Kontakt mit ihrer Umgebung gescheuert werden können. Diese
beinhalten die Verminderung von Scher kraft am hinteren Bereich von
Zehen durch Integration des Scherkraftmodulationssystems als eine
innere Auskleidung für
einen Schuh, die Vermeidung von Reibung zwischen der Stuhlpolster
und der Haut-Übergangsstelle
von einem Rollstuhl durch Integrieren des Scherkraftmodulationssystems
als eine Auskleidung an dem Polster, und die Verwendung des Scherkraftmodulationssystems
zur Verminderung von Scherkräften
an den Hautkontaktpunkten von einem Patienten in einem Bett durch
Integrieren eines Scherkraftmodulationssystems als Auskleidung an
der oberen Oberfläche des
Bettes. Auf ähnliche
Weise umfasst die vorliegende Erfindung auch die Verwendung zwecks
Verminderung oder Vermeidung der scheuernden Wirkungen von einem
leblosen Gegenstand, der gegen einen anderen reibt (d.h. es ist
keine Hautoberfläche vorhanden).
Zum Beispiel sind optische Komponenten, wie zum Beispiel Linsen,
sehr oft gegen Beschädigungen
durch Scheuern empfindlich, und zwar auch dann, wenn sie während des
Transports gegen Stöße geschützt verpackt
sind. Um solche Abscheuerungen zu vermindern oder zu vermeiden,
kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, indem die Lagen
und Gleitmittel des Scherkraftmodulationssystem zwischen benachbarten
Gegenständen
angeordnet sind, die infolge ihrer relativen Bewegung zur Abnutzung
neigen. Solche Anwendungen sollen in den Schutzbereich der nachfolgenden
Ansprüche
fallen. Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus dem Studium dieser Offenbarung in den
Zeichnungen zusammen mit den beigefügten Patentansprüchen.