Grundlegende Untersuchungen zur Entwicklung von Einrichtungen zum Überlastungsschutz im Fersenbereich von orthopädischen Schuhen für Osteoporosekranke

Das Forschungsprojekt wurde aus Haushaltsmittel des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. gefördert unter der Projektnummer 13672N.

Von mehreren Orthopäden wurde sowohl an klein- und mittelständische Unternehmen der Schuhzulieferindustrie als auch an das Institut Anfragen gestellt, ob es nicht möglich wäre geeignet Schuhe für die Vermeidung von Wirbelkörperbrüchen zu entwickeln. Die Osteoporose ist einer der bedeutendsten Vertreter der Erkrankungen des Skelett- und Halteapparats, bei der es sich nach einer Definition der WHO ( 1993 ) um eine 'systemische Skeletterkrankung mit einer Verminderung der Knochenmasse und einer Verschlechterung der Mikroarchitektur des Knochengewebes mit entsprechend reduzierter Festigkeit und erhöhter Frakturneigung' handelt.

Wie sieht jetzt ein geeignetes Schuhwerk für solche Anwendungen aus? Einerseits sollte das Schuhwerk wenn möglich außergewöhnliche Belastungen vom Träger abhalten, wasdurch eine starke Dämpfung des Schuhs bewirkt werden kann. Auf der anderen Seite wird durch eine starke Dämpfung ohne Einwirkung von außergewöhnlichen Belastungen die notwendige Stimulation der Knochen verringert. Zusätzlich bewirkt eine zu weiche Auslegung des Schuhunterbaus oft ein unsicheres Gehen, was in der Folge zu einer erhöhten Sturzgefahr bzw. dem Auftreten von Stößen führen kann, was die Gefahr von Wirbelbrüchen wiederum erhöht.

Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines Schuheinbauteils für Damenschuhe mit dem es möglich sein soll, die auf den Träger wirkenden außergewöhnlichen Belastungen insbesondere im Fersenbereich zu reduzieren. Es wurden verschiedene handelsübliche Dämpfungs- und Federelemente auf ihre Kennlinien, ihr Dauerbelastungsverhalten sowie auf die Dämpfungseigenschaften untersucht. Bei den Versuchen konnte trotz Variation der Gummimischungen sowie der Geometrie der Bauteile kein Bauteil erhalten werden, das hinsichtlich der Kennlinie dem gewünschten Anforderungsprofil entsprach. Mit einem Dämpfungsteil ( megi-Puffer® ) aus Gummi mit Metallscheiben. Konnte nach Variation der Geometrie des Bauteils eine Kennlinie erhalten werden, die in etwa dem Anforderungsprofil entsprach.

Leider zeigte sich, dass das Bauteil beim Einbau in Absätze bei Belastung eine deutliche Verformung erfährt, so dass die Beeinflussung durch die Wände und Verstärkungsteile des Absatzes eine starke Beeinträchtigung der Kennlinie bei den eingebauten Bauteilen bewirken. Mit den neuartigen Tubus Strukturdämpfern standen im Verlauf des Forschungsprojekts Bauelemente mit geringeren Dimensionen zur Verfügung. Einige ausgewählte Dämpfungselemente besitzen sowohl geeignete Dimensionen für den Einbau in Schuhkomponenten und besitzen auch Kennlinien, die dem Anforderungsprofil für dieses Forschungsprojekt sehr nahe kommen.

Der Einbau in handelsübliche Absätze von Damenschuhen gelang mit den kompakten Bauelementen TA 17-7 und TS 20-10 ohne dass sich die Kennlinien der Bauelemente oder die Dämpfungseigenschaften maßgeblich verändert haben. Das Strukturdämpfer TS 26-15 war aufgrund seiner Geometrie für den Einbau in den vorliegenden Absätzen nicht geeignet, hier müssten möglicherweise weitergehende Veränderungen an den Schuhen vorgenommen werden, um diesen Strukturdämpfer im Schuh verwenden zu können. Der Einbau des Strukturdämpfers TA 17-7 in einem handelsüblichen Damenschuh gelang
mit nur geringfügiger Modifizierung des Originalschuhs. Die durch diesen Einbau ermittelten Labordaten hinsichtlich Kennlinien und insbesondere Schockabsorption zeigen deutlich die Wirksamkeit des Dämpfungselements im Schuh. Bei leichten Stößen ist das Abbremsen des Fallkörpers erkennbar sanfter die auf den Fallkörper wirkenden maximalen Kräfte werden um um etwa 40 % auf 700 N reduziert, was einem Körpergewicht von etwa 70 kg entspricht. Bei stärkeren Stößen die vermutlich häufiger zu Beschädigungen an Wirbeln führen können ist die Wirkung des Dämpfungselements im Schuh gravierend. Der Stoß wird im Vergleich zum Originalschuh noch sanft abgebremst, die auf den Fallkörper wirkende Maximalkraft wird von etwa 4000 N auf nur noch 1200 N auf fast ein Drittel reduziert.

Das Forschungsziel wurde durch den Einbau der Strukturdämpfer in einen handelsüblichen Schuh erreicht, die Wirksamkeit der Bauteile in dem Schuh konnte anhand der Kennlinien und besonders der Versuche zur Schockabsorption nachgewiesen werden Eine Bestätigung der Messergebnisse durch Trageversuche steht noch aus. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Mehr Informationen zu diesem Forschungsvorhaben finden Sie hier.

 

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