DE10309963A1

DE10309963A1 - Zusammensetzung und Vorrichtung zum Dämpfen mechanischer Bewegung

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Publication number: DE10309963A1
Application number: DE10309963A
Authority: DE
Inventors: Michael Polus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-15
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, umfassend wenigstens ein Collagen und wenigstens eine Trägermatrix für das Collagen, wobei die Trägermatrix wenigstens ein reversibel, insbesondere elastisch, verformbares Material enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung und eine Vorrichtung zum Dämpfen mechanischer Bewegung, insbesondere Stöße und Schwingungen.
Zum Dämpfen mechanischer Bewegungen sind Dämpfungskörper aus dämpfenden Materialien bekannt. Solche dämpfenden Materialien wandeln die Bewegungsenergie oder kinetische Energie intern in Wärmeenergie oder thermische Energie um. Dieser irreversible Verlust an kinetischer Energie durch Umwandlung in thermische Energie wird auch als Dissipation bezeichnet. Durch die Dämpfung oder Dissipation wird die Bewegungsenergie der mechanischen Bewegung verringert oder absorbiert und die Bewegung gedämpft, insbesondere die Kraftbelastung bei einem Stoß oder die Amplitude einer Schwingung in dem Dämpfungskörper herabgesetzt. Um nach der Einwirkung einer mechanischen Belastung den Dämpfungskörper wieder in seine ursprüngliche Gestalt zu bringen, werden für die Dämpfungskörper in der Regel Materialien eingesetzt, die zugleich elastisch sind, also eine rückstellende Kraft gegen ihre Deformation zur Wiederherstellung der ursprünglichen Form erzeugen.
Dämpfungskörper zum Dämpfen von Stößen sind insbesondere in Schuhsohlen von orthopädischen Schuhen oder von Sportschuhen bekannt, Dämpfungsvorrichtungen zum Dämpfen oder Absorbieren von Schwingungen insbesondere zum Schutz vibrationsempfindlicher Geräte oder zum Entkoppeln stark vibrierender Geräte.
In Schuhen, insbesondere im orthopädischen Bereich, sind als Dämpfungsmaterialien Latex (Kautschukemulsionen) und Kautschukschäume, Polyurethan-Weichschaumstoffe und EVA-Schäume bekannt.
Collagene sind langkettige Eiweißstoffe oder Proteine im menschlichen oder tierischen Körper, die aufgrund ihrer geringen Dehnbarkeit und Steifheit Fasern hohe Zugfestigkeit verleihen. Collagene finden sich als Baumaterial von Sehnen, Knochen und Bindegewebe des Körpers. Die Collagenmolekülstruktur ist aus heutiger Sicht im Allgemeinen zusammengesetzt aus drei Ketten, die in einer engen Dreifachhelix (triple helix) spiralig gedreht sind. Es sind viele verschiedene Typen von Collagenen bisher entdeckt worden. Üblicherweise enthalten Collagene die Aminosäuren Glycin, Prolin, Hydroxyprolin, Lysin und Hydroxylysin. Manche Typen von Collagen sind glykosylatiert. Die meisten Collagentypen bilden Fasern oder Fibrillen, können aber durch Über-Kreuz-Verbindungen zusätzlich verbunden oder vernetzt werden, in der Regel durch Lysin-Nebenketten. Die Seitverbindungen oder Vernetzung erlauben die Ausbildung von Membranen oder flächigen Gewebestruktur, beispielsweise in der Haut und vielen Organen.
Die Collagene selbst sind wasserunlöslich, denaturieren jedoch wie alle Proteine beim Erwärmen und verwandeln sich in Wasser unter Erwärmung allmählich in Gelatine, die bekanntlich in heißem Wasser löslich ist und beim Abkühlen schon in 1 %iger Lösung feste Gallerten bildet. Gelatine wird in Lebensmitteln, beispielsweise Gummibärchen oder Sülze, eingesetzt. Collagene nennt man auch „Leimbildner", weil sie in Wasser leimartig, stark quellende Eiweißkörper bilden und sich bei weiterer Erwärmung der gebildeten Gelatinelösung ein wasserlöslicher Leim bildet. Die Gesamtheit der aus Collagen erhaltenen wasserlöslichen Eiweißprodukte einschließlich Gelatine und Leim wird als Glutin bezeichnet. Aufgrund ihrer Bedeutung für den menschlichen Körper sind Collagene in medizinischen und kosmetischen Anwendungen im Einsatz, beispielsweise in der plastischen Chirurgie, als Ernährungsergänzung oder in Hautkosmetika. Die aus den Collagenen gewonnenen Leime wurden im Instrumentenbau als natürliche Leime eingesetzt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zusammensetzung anzugeben, die gute mechanische Dämpfungseigenschaften aufweist, sowie ferner eine mechanischer Vorrichtung zum Dämpfen mechanischer Bewegung, insbesondere eines Stoßes oder einer Schwingung, anzugeben, die gute Dämpfungseigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Zusammensetzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 28.
Die Erfindung beruht auf der neuen Erkenntnis, dass die bislang nur im Bereich des menschlichen oder tierischen Körpers bekannten Collagene aufgrund ihrer besonderen Molekülstrukturen in technischen Anwendungen mechanische Energie zu einem hohen Grad dissipieren oder absorbieren können und damit eine Bewegung oder Verformung dämpfen können. Dies erklärt sich aus derzeitiger Sicht wohl so, dass die Collagenmoleküle auf eine zu dämpfende Bewegung oder Verformung durch Strecken, Torsion und/oder Ausweichen oder eine andere Veränderung der intramolekularen Raumstruktur reagieren und so die mechanische Energie aufnehmen, die dann anschließend wieder in der Zusammensetzung praktisch irreversibel dissipiert wird. Die beobachteten Dämpfungseigenschaften erster mit Collagen hergestellter Zusammensetzungen und Dämpfungsvorrichtungen waren so hervorragend, dass sich angesichts der leichten und kostengünstigen Verfügbarkeit von Collagenen sehr interessante Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben.
Die Zusammensetzung (oder: die Substanz, der Stoff) gemäß Anspruch 1 umfasst wenigstens die folgenden Bestandteile

a) wenigstens ein Collagen
b) und wenigstens eine Trägermatrix (oder: ein Trägermaterial, ein umgebendes Materialgefüge, eine Umhüllung) für das oder die Collagen(e),
c) wobei die Trägermatrix wenigstens ein reversibel, insbesondere elastisch, verformbares (oder: deformierbares) Material enthält.

Das oder die Materialien der Trägermatrix und das oder die Collagene) sind im Allgemeinen miteinander vermischt oder durchmischt oder durchsetzen einander in einem Gemenge oder einer Mischung und können insbesondere auch chemische oder physikalische Verbindungen miteinander aufweisen, die aber den chemischen Charakter der einzelnen Bestandteile in der Zusammensetzung nicht wesentlich verändern. Das Collagen oder die Collagene ist bzw. sind also in der Trägermatrix enthalten oder eingebettet. Das aus der Trägermatrix und dem oder den Collagen(en) gebildete Gemenge oder Ge misch kann nun einen Dämpfungskörper bilden zum Dämpfen einer mechanischen Bewegung. Die Trägermatrix hat dabei außer der Einbindung der Collagenmoleküle die weitere Funktion, die Entformung der Zusammensetzung oder eines Dämpfungskörpers auf Basis dieser Zusammensetzung nach einer Verformung zu unterstützen.
Gemäß Anspruch 28 wird eine Vorrichtung zum Dämpfen mechanischer Bewegungen, insbesondere mechanischer Stöße oder Schwingungen, mit einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung oder mit einem flüssigkeitshaltigen Gemenge, das mit Collagen durchsetzt ist, ausgestattet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verwendungen der Zusammensetzung und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 bzw. Anspruch 28 jeweils abhängigen Ansprüchen. Aus den Ansprüchen 22 bis 27 ergeben sich vorteilhafte Herstellverfahren zum Herstellen einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung.
Das oder die Collagen(e) ist demnach vorzugsweise wenigstens teilweise aufgequellt oder aufgequollen, insbesondere unter Flüssigkeitszufuhr und ggf. auch Wärmezufuhr.
Es ist insbesondere in dieser Ausführungsform wenigstens eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder ein oder mehrere Alkohole) oder Glycerin, oder polare Moleküle in der Zusammensetzung enthalten. Die Flüssigkeitsmoleküle oder polaren Moleküle, insbesondere Wassermoleküle, lagern sich an die Collagenmolekülstrukturen an. Eine von außen einwirkende Verformung oder Bewegung führt nun zu einer Verdrängung oder Verlagerung der angelagerten Moleküle und dadurch zu einer zusätzlichen Dissipation der Verformungs- oder Bewegungsenergie. Durch Anlagerung und Verdrängung von Flüssigkeitsmolekülen, insbesondere Wassermolekülen, im Bereich der Collagenmoleküle kann somit die Dämpfungswirkung weiter verbessert werden. Die gravimetrischen Anteile der Flüssigkeit oder die polaren Moleküle liegen vorzugsweise zwischen etwa 0,5 Gew.-% (Gewichtsprozent) und etwa 90 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Die Collagenmoleküle können, insbesondere bei aufgequollenem Collagen, gegenüber im menschlichen oder tierischen Körper vorkommenden Collagenmolekülen verkürzte Teilmoleküle oder Teilstränge mit Collagenmolekülstruktur sein, da auch solch verkürzte Molekülstränge die gewünschte Dissipation bewirken.
Der Gewichtsanteil des oder der Collagens/Collagene liegt im Allgemeinen zwischen etwa 0,01 Gew.-% und etwa 95 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, insbesondere zwischen 1 Gew.-% und etwa 40 Gew.-% und vorzugsweise zwischen etwa 2 Gew.-% und etwa 10 Gew.-%. Es genügen also bereits vergleichsweise geringe Mengen an Collagen, um eine dämpfende Wirkung zu erreichen.
Das oder die Collagen(e) liegt bzw. liegen vorzugsweise zumindest überwiegend in Form von Fasern oder faserförmigen Molekülstrukturen vor und sind insbesondere aus im Wesentlichen aus drei helixartig umeinander gewundenen Molekülketten auf Eiweißbasis (Proteinbasis) aufgebaut.
Die Anordnung und/oder Ausrichtung der Collagenfasern oder faserförmigen Collagen-Molekülstrukturen kann nun in einer Ausführungsform zumindest überwiegend regelmäßig sein, insbesondere entlang wenigstens einer Vorzugsrichtung vorliegen. Mit einer solchen als anisotrope Struktur bezeichenbaren aufgeprägten Ausrichtung der Collagenmoleküle kann eine richtungsabhängige Dämpfung verwirklicht werden, also eine Bewegung in einer Richtung stärker gedämpft werden als in einer anderen.
In einer alternativen Ausführungsform sind die von dem oder den Collagen(en) ausgebildeten Fasern oder faserförmigen Molekülstrukturen zumindest überwiegend unregelmäßig oder zufällig oder statistisch verteilt angeordnet und/oder ausgerichtet. Mit einer solchen isotropen Struktur könnten richtungsunabhängige Dämpfungen realisiert weiden.
Das oder die Collagen(e) können auch zumindest teilweise in vernetzter Struktur vorliegen, insbesondere durch Querverbindungen (sog. cross links), beispielsweise Lyosinverbindungen, zwischen den Collagenfasern oder faserförmigen Collagen-Molekülstrukturen. Abhängig von dem Grad der Vernet zung insbesondere einer nur zweidimensionalen oder einer dreidimensionalen Vernetzung entstehen Collagenstrukturen mit flächiger oder räumlicher Struktur und gegebenenfalls anisotrope oder isotrope Dämpfungseigenschaften.
In einer besonderen Ausführungsform ist wenigstens ein Teil des Collagens getempert, also einer Wärmebehandlung unterzogen.
Der Gewichtsanteil des reversibel deformierbaren Materials, insbesondere des Elastomers, beträgt vorzugsweise zwischen etwa 5 Gew.-% und 99,9 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Das oder die reversibel, insbesondere im Wesentlichen elastisch, verformbare(n) Materialien) der Trägermatrix ist bzw. sind vorzugsweise ein oder mehrere Elastomer(e), insbesondere auf Basis von vorzugsweise vernetztem oder vernetzten Naturkautschuk(en) und/oder Synthesekautschuk(en). Synthesekautschuke sind im Allgemeinen lineare Polymere oder Kettenpolymere, die durch Vulkanisation oder weitmaschige Vernetzung vernetzt sind und dadurch weichelastische Eigenschaften erhalten. Es können sowohl gesättigte (insbesondere sogenannte M-Elastomere) oder ungesättigte (sogenannte R-Elastomere) Synthesekautschuke und Elastomere zum Einsatz kommen.
Ein besonders bevorzugtes elastisches Material für die Trägermatrix ist ein Siloxan-Elastomer (SI), das im Allgemeinen aus vernetzten Polysiloxanen oder Polysiloxanverbindungen aufgebaut ist, und insbesondere ein Siloxankautschuk (SIR, Siloxangummi), früher auch als Siliconkautschuk bezeichnet. Ein Siloxankautschuk ist im Allgemeinen aus vernetzten hochmolekularen Polydimethylsiloxanen gebildet (Q, wobei ein Teil der Methylgruppen durch Phenylgruppen (PMQ oder Vinylgruppen (VMQ ersetzt sein kann. Die Vulkanisation oder Vernetzung kann insbesondere eine Heißvernetzung, insbesondere mit Peroxiden, oder eine Kaltvernetzung, insbesondere mit Platinverbindungen, organischen Zinnverbindungen oder Aminen, sein oder auch direkt in einem Einkomponenten-Siloxankautschuk vorliegen.
Siloxan-Elastomere sind hitzefest und gesundheitlich und für die Umwelt praktisch unbedenklich.
Jedoch können auch andere Synthesekautschuke verwendet werden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit seien hier die folgenden Elastomere und Elastomer-Verbunde (Compounds) genannt:

– Butadien-Elastomere (BR),
– Styrol/Butadien-Elastomere (SBR),
– Acrylnitril/Butadien-Elastomere (NBR),
– Isopren-Elastomere (IR, NR)
– Isopren/Isobuthylen-Copolymere (Butylkautschuk)
– Vinylelastomere, insbesondere Ethylen-Propylen-Copolymere (EPDM, EPM), Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVAC), Acrylkautschuk (ACM), Polyisobuthylen (PIB),
– Urethankautschuk (PUR)

Ferner sind auch

– thermoplastische Elastomere (TPE), insbesondere

Das oder die Elastomer(e) oder reversibel verformbare(n) Materialien) der Trägermatrix können in einer vorteilhaften Ausführungsform auch in geschäumter Form oder als Schaum vorliegen und/oder die Trägermatrix kann Gaseinschlüsse aufweisen.
Die Stoßelastizität (Rückprallelastizität) eines Elastomers ist umso kleiner, je größer dessen Dämpfung ist. Die Stoßelastizität des Elastomers in der Zusammensetzung gemäß der Erfindung kann nun deutlich größer eingestellt werden als bei bekannten Dämpfungsmaterialien, die nur aus Elastomeren bestehen, da das Collagen die Dämpfungseigenschaften der Zusammensetzung bereits wesentlich verbessert.
Zum Schutz der Zusammensetzung vor Einfrieren oder Frost ist in einer besonderen Weiterbildung auch ein Frostschutzmittel enthalten, das den Gefrierpunkt herabsetzt, beispielsweise Glycol.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

a) es wird eine im Wesentlichen noch unvernetzte flüssige, im Allgemeinen viskose oder zähflüssige, Elastomer-Ausgangssubstanz (oder: Elastomerquelle) bereitgestellt,
b) es wird ferner eine flüssige Collagen-Ausgangssubstanz (oder: Collagenquelle) zur Verfügung gestellt,
c) die Elastomer-Ausgangssubstanz und die Collagen-Ausgangssubstanz werden gemischt oder durchmischt,
d) die Moleküle der Elastomer-Ausgangssubstanz werden in der erzeugten Mischung, im Allgemeinen dreidimensional, vernetzt.

Es wird also die Vernetzung oder Aushärtung des Elastomers in der Mischung vorgenommen, so dass die Collagenmoleküle durch die Vernetzung der Elastomermoleküle noch weiter in die Mischung eingebettet oder eingeschlossen werden.
Die Collagen-Ausgangssubstanz enthält zum Aufquellen des oder der Collagen(e) wenigstens eine Flüssigkeit insbesondere Wasser, Alkohole) und/oder Glycerin. Als Collagen-Ausgangssubstanz wird vorzugsweise flüssige Gelatine verwendet oder erzeugt, die einen definierten Collagenanteil aufweist und üblicherweise aus Tierhäuten, -knorpeln und -gelenken gewonnen wird. Die Gelatine wird vorzugsweise mit Wasser angesetzt, das Collagen dabei aufgequollen und dann unter Erwärmung verflüssigt, typischerweise bei Temperaturen um etwa 80°C.
Die Mischung wird bei der Vernetzung üblicherweise unter Bildung eines deformierbaren, aber nicht mehr fließfähigen oder flüssigen Körpers ausgehärtet.
Der Körper wird vorzugsweise in eine gewünschte Gestalt gebracht, indem die flüssige Mischung aus Elastomer-Ausgangssubstanz und Collagen-Ausgangssubstanz in eine Form (ein Formwerkzeug) eingebracht wird und die Vernetzung zumindest überwiegend erst in der Form stattfindet und anschließend der aus der Mischung erhärtete Körper aus der Form entnommen wird.
Es ist aber alternativ auch möglich, die Elastomer-Ausgangssubstanz und Collagen-Ausgangssubstanz auf eine Folie oder einen sonstigen flexiblen Träger aufzusprühen werden und die Folie dann zu einem Schlauch oder einer Rolle aufzuwickeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dämpfungsvorrichtung einen oder mehrere Dämpfungskörper, der oder die das oder die Collagen(e) enthält bzw. enthalten. Die Dämpfungskörper verformen sich in der Regel unter der Kraftbelastung der Bewegung und dämpfen durch die interne Dissipation mit Hilfe der Collagenmoleküle die Bewegung. Bei mehreren Dämpfungskörpern können diese, insbesondere entsprechend einer räumlichen Verteilung der Belastung, in einer rasterartigen Anordnung zueinander angeordnet werden.
Die Dämpfungsvorrichtung umfasst in einer Weiterbildung gemäß der Erfindung wenigstens eine Hülle (oder: Umhüllung, Mantel), in deren Innenraum wenigstens ein Dämpfungskörper angeordnet ist. Die Hülle dient zum Schutz des collagenhaltigen Dämpfungsmaterials und unterstützt in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Rückformung des deformierten Dämpfungskörpers durch Auswahl eines geeigneten reversibel, insbesondere elastisch, deformierbaren Materials für die Hülle. Zur besseren Kopplung der Verformung von Dämpfungskörper und Hülle sind der Dämpfungskörper und die Hülle vorzugsweise miteinander verbunden.
Es kann nun in einer vorteilhaften Weiterbildung im Innenraum der Hülle wenigstens ein Ausweichraum vorgesehen sein, in den der Dämpfungskörper bei Deformation ausweichen kann. Alternativ oder zusätzlich können innerhalb des Dämpfungskörpers oder in der Trägermatrix oder in dem Gemenge Gaseinschlüsse enthalten sein, in die das angrenzende Dämpfungsmaterial mit dem Collagen bei Deformation ausweichen kann.
Die Zusammensetzung und die Dämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung können für viele unterschiedliche Anwendungen zur Stoß- oder Schwingungsdämpfung verwendet werden.
Eine erste vorteilhafte Verwendung der Zusammensetzung oder der Vorrichtung ist zum Schutz des menschlichen Körpers vor mechanischen Stößen und/oder in einem Schuh, insbesondere in einer Schuhsohle oder Schuheinlage, und/oder in einem Helm.
Eine zweite vorteilhafte Verwendung der Vorrichtung ist die Verwendung zum Dämpfen von Schwingungen oder Vibrationen zwischen zwei mechanischen Körpern.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
1 eine Vorrichtung zum Dämpfen mechanischer Bewegung in einem unbelasteten Zustand,
2 die Vorrichtung gemäß 1 in einem stoßbelasteten Zustand und
3 die Vorrichtung gemäß 1 und 2 wieder nach Entlastung jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Vorrichtung gemäß 1 bis 3 umfasst einen deformierbaren Grundkörper 1, der eine Umhüllung oder Hülle 10 und einen von der Hülle 10 umschlossenen Innenbereich oder Innenraum 11 aufweist. In dem Innenraum 11 ist ein Dämpfungsmaterial oder Dämpfungskörper 2 angeordnet. Das Dämpfungsmaterial oder der Dämpfungskörper 2 ist als flüssigkeitshaltiges Gemenge ausgebildet und umfasst neben Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, wenigstens ein Collagen und weitere Trägermaterialien einer Trägermatrix für das Collagen, insbesondere ein Elastomer wie Siloxankautschuk (Silikonkautschuk).
Durch einen, wie in 2 gezeigt, einen Stoß ausübenden Bewegungskörper 3 in der mit dem Pfeil veranschaulichten Stoßrichtung S wird der Grundkörper 1 verformt oder deformiert. Durch die Deformation des Dämpfungsmaterials oder Dämpfungskörpers 2 entstehen hydrodynamische Effekte, die aufgrund der Anwesenheit der Collagene eine hochgradige hydraulische Dämpfung bewirken.
Nach dem Stoß und der Stauchung wird über die elastische Hülle 10 und ein Formgedächtnis oder eine reversible Verformbarkeit des Gemenges die ursprüngliche, definierte Form wieder hergestellt, wie in 3 gezeigt ist.
Dieser Vorgang von Verformung und Entformung ist reversibel und kann beliebig zyklisch wiederholt werden.
Um eine dauerhafte hydraulische Stoßdämpfung zu erreichen, wird gemäß der Erfindung insbesondere auch die Flüssigkeit im zyklischen Arbeitstakt beschleunigt und damit ein zyklischer hydrodynamischer Dämpfungseffekt erzeugt.
Die Dämpfungsleistung der Vorrichtung wird durch ihre Formgebung einerseits und auch durch die geeignete Mischung und Zusammensetzung des Flüssigkeit-Collagen-Trägermatrix-Gemenges gesteuert und bestimmt.
Eine bevorzugte Form des Grundkörpers 1 ist eine, wie in 1 bis 3 gezeigt, flache Grundform mit zwei einander gegenüberliegenden Flachseiten. Ferner kann der Grundkörper 1 mit mehreren einzelnen voneinander getrennten Kammern versehen sein, in denen jeweils Dämpfungsmaterial vorgesehen ist. Außerdem können innerhalb der Hülle 10 im Innenraum 11 auch leere Kammern oder Bereiche vorgesehen sein, in die sich das Dämpfungsmaterial 2 bei der Stauchung hineinbewegen kann zum Ausweichen gegen die Deformation.
Das Dämpfungsmaterial 2 umfasst außer Collagen und Flüssigkeit sowie dem elastischen Material vorzugsweise auch ein die Herausnahme aus einer Form begünstigendes Material wie Maisstärke.
Die Trägermatrix für das Collagen, die aus einem elastischen Stoff, z. B. Latex oder Silikonkautschuk besteht, bewirkt eine Federwirkung und die Reversibilität der Verformung. Das Collagen schluckt oder absorbiert die mechanische Energie bei dem Stoß oder Stauchung und verursacht dadurch eine sehr weiche Stoßkennlinie. Die Trägermatrix und/oder das Gemenge können zusätzlich auch weitere Substanzen wie beispielsweise ein Frostschutzmittel, insbesondere Glycol oder Glycerin, umfassen.
Eine allgemein bevorzugte Zusammensetzung für das Dämpfungsmaterial des Dämpfungskörpers 2 ergibt sich aus der folgenden
Tabelle 1:
eine vorteilhafte Zusammensetzung des Dämpfungsmaterial aus der nachfolgenden
Tabelle 2:
und eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung des Dämpfungsmaterial aus der nachfolgenden
Tabelle 3:
wobei die Summe der Gewichtsanteile der Komponenten gemäß den Tabellen 1 bis 3 immer 100 Gew.-% ergibt.
Ein solches Gemenge zeigte selbst unter einer Belastung von 5000 Tonnen pro Quadratmeter eine reversible Verformbarkeit bzw. ein Formgedächtnis.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann für jegliche technische Anwendung als hydraulischer oder hydrodynamischer Stoßdämpfer eingesetzt werden. Anwendungsmöglichkeiten sind insbesondere der Schutz des menschlichen Körpers gegen Stoß- und Schlagbelastungen, insbesondere in der Schuh-, Orthopädie- und Sicherheitstechnik. So können Schuhe, Schuheinlagen oder Schuhsohlen in der Orthopädietechnik oder bei Sportschuhen, andere orthopädische Artikel, Helme, Handschuhe oder dergleichen mit der Stoßdämpfungsvorrichtung ausgestattet werden.

1: Grundkörper
2: Dämpfungskörper
3: Bewegungskörper
10: Hülle
11: Innenraum
S: Stoßrichtung

Claims

Zusammensetzung umfassend a) wenigstens ein Collagen und b) wenigstens eine Trägermatrix für das Collagen, c) wobei die Trägermatrix wenigstens ein reversibel, insbesondere elastisch, verformbares Material enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Collagen oder die Collagene in der Trägermatrix eingebettet ist bzw. sind oder die Trägermatrix durchsetzt bzw. durchsetzen .
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das oder die Collagen(e) zumindest überwiegend in Form von faserförmigen oder langgestreckten Molekülstrukturen vorliegt bzw. vorliegen.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, bei der die von dem oder den Collagen(en) ausgebildeten faserförmigen oder langgestreckten Molekülstrukturen zumindest überwiegend regelmäßig angeordnet und/oder ausgerichtet sind, insbesondere entlang wenigstens einer Vorzugsrichtung ausgerichtet sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, bei der die von dem oder den Collagen(en) ausgebildeten faserförmigen oder langgestreckten Molekülstrukturen zumindest überwiegend unregelmäßig und/oder zufällig verteilt angeordnet und/oder ausgerichtet sind.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die faserförmigen oder langgestreckten Molekülstrukturen des Collagens oder der Collagene im Wesentlichen aus drei helixartig umeinander gewundenen Molekülketten auf Proteinbasis aufgebaut sind.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der das oder die Collagen(e) zumindest teilweise in vernetzter Struktur, insbesondere durch Querverbindungen, beispielsweise Lyosinverbindungen, zwischen den faserförmigen oder langgestreckten Molekülstrukturen vorliegt bzw. vorliegen.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die wenigstens teilweise getempertes Collagen umfasst.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, die wenigstens teilweise aufgequelltes Collagen umfasst.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, die gegenüber im menschlichen oder tierischen Körper vorkommenden Collagenmolekülen verkürzte Teilmoleküle oder Teilstränge mit Collagenmolekülstruktur aufweist.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend wenigstens eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder einen oder mehrere Alkohole oder Glycerin.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der an die Collagenmolekülstrukturen polare Moleküle, insbesondere Wassermoleküle, angelagert sind, deren Verdrängung oder Verlagerung bei einer von außen einwirkenden Verformung oder Bewegung zu einer Dissipation der Verformungs- oder Bewegungsenergie führt.
Zusammensetzung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei der die Flüssigkeit oder die polaren Moleküle in einem Gewichtsanteil zwischen etwa 0,5 Gew.-% und etwa 90 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung enthalten ist bzw. sind.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Trägermatrix als elastisch deformierbares Material wenigstens ein Elastomer oder einen Verbund aus Elastomeren enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 14, bei der die Trägermatrix als Elastomeree) wenigstens einen, vorzugsweise vernetzten oder vulkanisierten, Naturkautschuk und/oder Synthesekautschuk enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, bei der die Trägermatrix als Elastomer(e) oder für den Verbund aus Elastomeren wenigstens ein Siloxan-Elastomer (SI), insbesondere einen Siloxankautschuk, enthält.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens ein Elastomer in Form eines Schaumes vorliegt.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der das oder die reversibel, insbesondere elastisch, verformbare(n) Materialien) in der Trägermatrix in einem Gewichtsanteil zwischen 5 Gew.-% und 99,9 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung vorliegt bzw. vorliegen.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der Collagen(e) in einem Gewichtsanteil zwischen etwa 0,01 Gew.-% und etwa 95 Gew.-%, insbesondere zwischen 1 Gew.-% und etwa 40 Gew.-% und vorzugsweise zwischen etwa 2 Gew.-% und etwa 10 Gew.-%. bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung enthalten ist bzw. sind.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der in der Trägermatrix Gaseinschlüsse enthalten sind.
Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein Frostschutzmittel.
Verfahren zum Herstellen einer Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen einer im Wesentlichen noch unvernetzten flüssigen Elastomer-Ausgangssubstanz, b) Bereitstellen einer flüssigen Collagen-Ausgangssubstanz, c) Erzeugen einer Mischung aus der Elastomer-Ausgangssubstanz und der Collagen-Ausgangssubstanz, d) Vernetzen von Molekülen der Elastomer-Ausgangssubstanz in der erzeugten Mischung.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem als Collagen-Ausgangssubstanz flüssige Gelatine verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, bei dem die Mischung bei der Vernetzung ausgehärtet wird oder in einen nicht mehr flüssigen Zustand übergeht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, bei dem die flüssige Mischung aus Elastomer-Ausgangssubstanz und Collagen-Ausgangssubstanz in eine Form eingebracht wird und die Vernetzung zumindest überwiegend erst in der Form stattfindet und anschließend der aus der Mischung erhärtete Körper aus der Form entnommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei dem die Elastomer-Ausgangssubstanz und Collagen-Ausgangssubstanz auf eine Folie oder einen sonstigen Träger aufgesprüht werden und die Folie dann zu einem Schlauch oder einer Rolle aufgewickelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, bei dem die Collagen-Ausgangssubstanz wenigstens eine Flüssigkeit enthält zum Aufquellen des oder der Collagen(e), insbesondere Wasser, Alkohole) und/oder Glycerin.
Vorrichtung zum Dämpfen mechanischer Bewegung, insbesondere eines Stoßes oder einer Schwingung, enthaltend eine Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 oder eine mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27 hergestellten Zusammensetzung oder ein flüssigkeitshaltiges Gemenge, das mit Collagen durchsetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28 mit wenigstens einem Dämpfungskörper, der die Zusammensetzung oder das oder die Collagen(e) umfassende Gemenge enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 29 umfassend wenigstens eine Hülle, in deren Innenraum wenigstens ein Dämpfungskörper angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der die Hülle reversibel, insbesondere elastisch, deformierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30 oder Anspruch 31, bei der der Dämpfungskörper mit der Hülle verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, bei der im Innenraum der Hülle wenigstens ein Ausweichraum vorgesehen ist, in den der Dämpfungskörper bei Deformation ausweichen kann.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 29 bis 33 mit mehreren Dämpfungskörpern, die in einer rasterartigen Anordnung angeordnet sind.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 oder einer mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27 hergestellten Zusammensetzung oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 34 zum Schutz des menschlichen Körpers vor mechanischen Stößen.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 oder einer mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27 hergestellten Zusammensetzung oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 34, insbesondere Verwendung nach Anspruch 35, in einem Schuh, insbesondere in einer Schuhsohle, in einem Fußbett oder einer Schuheinlage.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 oder einer mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27 hergestellten Zusammensetzung oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 34, insbesondere Verwendung nach Anspruch 35, in einem Helm.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 oder einer mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27 hergestellten Zusammensetzung oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 34 zur Dämpfung von Schwingungen zwischen zwei mechanischen Körpern.