Anja von Stokar – Dokumentation Bachelorarbeit 2018 by Hochschule Luzern

MOWA + Modular Walking

Add-Ons

Lösungsansätze für das MOWA Orthesen-System der Orthopunkt AG

Dokumentation Bachelor Arbeit künstlerisch-gestalterisch Hochschule Luzern – Design & Kunst Objektdesign, 6. Semester Anja von Stokar / Juni 2018 Mentor: Christof Sigerist

Dank Mein Dank gilt allen, die mich auf dem Weg meiner gestalterischen Arbeit unterstützten. Als erstes danke ich Christof Sigerist, der mir als Mentor mit Rat und Tat zur Seite stand. Dabei danke ich auch Jan-Hagen Schröder und dessen Team vom Orthopunkt für ihre Kooperation. Ihr Produkt schuf die Basis für meine gestalterische Arbeit. Weiter danke ich dem Designingenieur Pascal Schnell für die Bereitstellung von CAD-Daten des MOWA Prototypen. Der Dank richtet sich auch an Adrian Frei des Ortho-Teams, für den Einbau des Verschlusses in die Schuhsohle. In meiner Umsetzung konnte ich mich auf mein enges Umfeld und meine Klassenkameraden stützen und verlassen, worüber ich sehr dankbar bin. Das Merci gilt insbesondere Janine Leiggener für die Bereitstellung ihres 3D Druckers, Sheena Cameron, Laura und Jana Gautschi, Thomas Waldmeier und meinen Eltern. Auch für die Hilfe beim Aufbau der Werkschau ein grosser Dank an Melina Michaelides, Iquar Dadgostari und Lea Bissig aus dem 2. Objektdesign.

Anja von Stokar Wassergasse 6 4573 Lohn +41 78 775 30 60 anjavonstokar@msn.com

Inhalt 7

Ausgangslage

Zielgruppe

Motivation

Ausgangslage Orthopunkt

definiertes Vorhaben

Konzeptanpassung

Recherche

Probleme herkömmlicher Orthesen

Produktanalyse MOWA

15-41 15 16-17 18 19-21 22 23-25 26-27 28 29 30 31 32 33 34-35 36-39 40-41 42-43

Umsetzung Skizzen Formfindung oben Formfindung unten Magnetverschlüsse Unteres Formteil Oberer Abschluss Muster und Oberflächenstrukturen Vertikale Stütze Funktionsmodell Nr. 01 Innensohle Scan Verschluss oben Schuhtest Verschluss unten Oberer Abschluss Nr. 02 Funktionsmodell Nr. 02 Reflexion

Ausgangslage Jährlich erleiden rund 16’000 Menschen in der Schweiz einen Schlaganfall. Häufig bleiben einschneidende Defizite zurück. Nach Krebs und Herzinfarkt ist ein Hirnschlag die dritthäufigste Todesursache in der Schweiz. Man kann die Zahl in vier ungefähr gleich grosse Sparten unterteilen. Ein Viertel der Betroffenen verstirbt innerhalb kurzer Zeit. Ein Viertel wird wieder selbstständig ohne beeinträchtigende Folgen, ein weiteres Viertel wird mit wenig Unterstützung wieder selbstständig im Alltag und das letzte Viertel bleibt pflegebedürftig.

« Der Mensch und dessen Bedürfnisse stehen im Zentrum. Als Gestalter geht es darum, dies in erster Linie zu erfüllen und alle funktionalen Faktoren so zu designen, dass der Betroffene nicht zusätzlich behindert, sondern befähigt wird.

Letztere beiden aufgezählten Gruppen sind meistens auf Hilfsmittel wie Orthesen angewiesen. Ein Schlaganfall kann durch eine Hirnblutung oder eine arterielle Verstopfung der Gefässe im Hirnbereich erfolgen. Schlaganfallpatienten sind jedoch nicht die einzigen, die auf eine Orthese angewiesen sind. Menschen mit einem neurologischen Defekt oder einer Krankheit, die eine Parese (Schwäche) oder Plegie (vollständige Lähmung) auslöst, zählen auch zu den Betroffenen, zum Beispiel bei Patienten bei Spina bifida („offener Rücken“) oder Multipler Sklerose (entzündliche Erkrankung Nervensystem).

Die Orthese als Hilfsinstrument sollte den Menschen so viel Selbständigkeit wie möglich zurückgeben. »

Zielgruppe

Motivation

Es können je nach Krankheitsbild Menschen von jung bis alt betroffen sein. Gerade bei Schlaganfallpatienten ist die Häufigkeit im Erwachsenenalter jedoch viel höher. Wenn Kinder und Jugendliche einen Schlaganfall erleiden, liegt dies meist an einer Hirnblutung, die zum Beispiel Folgen eines Unfalles oder einer Gefässmissbildung sind. Bei einem Hirnschlag ist meist eine Körperseite betroffen, bei der sich eine Beeinträchtigung oder gar eine Lähmung zeigt. Spina Bifida ist eine neurologische Erkrankung, die bereits im Embryonalstadium auftritt. Dabei schliesst sich der Rücken und somit der Nervenkanal nicht vollständig. Dies führt zu Lähmungserscheinungen in den unteren Extremitäten. Multiple Sklerose ist eine entzündliche Erkrankung des Nervensystems, welche eine Muskelschwäche hervorruft.

Wie auch in meiner schriftlichen Arbeit, setze ich mich im künstlerisch-gestalterischen Bachelorvorhaben mit Menschen auseinander, die eine körperlichen Beeinträchtigung haben. In der schriftlichen Arbeit habe ich vor, über die Prothetik und Orthetik zu schreiben, wobei ich in der praktischen Arbeit den Fokus auf die Orthetik lege. Ich habe für meine Bachelorarbeit den Bereich Orthopädietechnik gewählt, weil ich ein Objekt gestalten möchte, dass einen gesellschaftlichen Mehrwert erzielt. Der Fokus bei Produkten in diesem Bereich liegt klar auf dem Funktionalen. Ich möchte mit meinem Design einen gestalterischen Einfluss auf ein Produkt aus der Orthopädietechnik nehmen, da ich in diesem Bereich ein grosses Bedürfnis und gestalterische Potential sehe.

WAS Meist halbseitige Beeinträchtigung der neurologischen und muskulären Funktion des Körpers.

WER Kinder, Jugendliche und Erwachsene

WARUM

WIE Die MOWA-Unterschenkelorthese ist ein Exoskelett, dessen flexible und steife Komponenten modular zusammengefügt werden.

• • • •

Schlaganfall Schädelhirntrauma Spina bifida (offener Rücken) Multiple Sklerose (entz. Erkrankung Nervensystem) • Cerebralparese (Sauerstoffmangel bei Geburt) • neurologische Erkrankungen und Verletzungen (Kinderlähmung, Wirbelsäulenerkrankungen, Muskelschwund, …)

Ausgangslage Orthopunkt

definiertes Vorhaben

Konzeptanpassung

Die Orthopunkt AG ist ein Orthopädietechnikunternehmen mit Hauptsitz in Solothurn. Sie setzen sich für die Rehabilitation und Mobilität von Behinderten, Unfallpatienten oder Sportverletzten ein und entwickeln für sie individuelle, massangefertigte Lösungen. Unter der Leitung des Unternehmens wird das Start-Up MOWA (Modular Walking) gegründet. In den Produktprozess wirken noch weitere Institutionen ein wie das BFH Zentrum (Technologie in Sport und Medizin), die HSR (Hochschule für Technik Rapperswil), das UKBB (Kinderspital Basel) und die Universität Basel. Unterstützt wird das Projekt von der Kommission für Technologie und Innovation KTI des Bundes.

Meine Design-Disziplin besteht darin, der Marke MOWA ein Image zu geben, also eine Markenidentität. Dabei geht es um ästhetische Grundsätze, die an Richtlinien und anatomische Voraussetzungen gekoppelt sind. Die Orthese ist konzeptionell und technisch bereits bestehend und nun in Weiterentwicklung. Als Gestalter werde ich jedoch weitere technische Innovationen einbringen können, um ungelöste Problemstellungen am Produkt zu lösen. Dabei geht es um die Entwicklung des Verschlusssystems, einer Schutzhülle für die stützenden Karbonelemente, die Freiraumgestaltung der 3D-gedruckten Formteile sowie die Polsterung der Orthese. Dabei stellt mir die Firma ihr Fachwissen zur Verfügung. Ich habe die Firma Orthopunkt darüber unterrichtet, dass ich gerne ein Add-On Produkt für die MOWA Orthese entwickeln würde. Dabei stelle ich mir eine Verschlusshilfe oder einen an die Orthese angepassten Schuh vor.

Die Befragungen der Betroffenen und Orthopädisten für die schriftliche Arbeit brachten mir die Erkenntnis, dass die Funktionalität klar an erster Stelle steht. Alle optischen Faktoren sind zweitrangig. Die Optik wird jedoch durch die Funktion beeinflusst. Es wurden viele Wünsche geäussert, es betraf jedoch weniger die Form, die Oberflächenstruktur oder die Farbe des Produktes, sondern die Bedienerfreundlichkeit, die Anpassungsfähigkeit und den Tragekomfort. Für mich war klar, dass ich die Betroffenen und deren Wünsche ins Zentrum stelle. Dafür formulierte ich mein Vorhaben neu. Durch die Zusammenarbeit mit der Orthopädietechnikfirma Orthopunkt hatte ich einige vorgegebene Parameter, die einzuhalten waren. Dennoch versuchte ich neue Lösungsansätze zu finden, die das Produkt von Orthopunkt erweitern. Ich stellte somit auch in meiner gestalterischen Umsetzung die Funktion über die Optik. Als Arbeit resultiert ein 1:1 Funktionsmodell, an welchem die wichtigsten Anliegen ersichtlich sind. Für mich war klar, solange die funktionalen Parameter nicht stimmen, hilft auch ein schönes Aussehen dem Produkt nichts.

Im Falle MOWA handelt es sich um eine individualisierbare Orthese. Das MOWA Orthesen-System ist für die untere Extremität angedacht und dient als Gehhilfe. Die Orthese verfügt über einen Sensor, der eine Cloud-basierte Datenmessung des Gehens analysiert. Dabei können diverse Bauteile individuell auf den Patienten angepasst werden, rückschliessend auf die gewonnenen Datenmessungen. Des Weiteren werden Einzelteile mittels 3D-Scan an die körperlichen Voraussetzungen angepasst. Es zählt durch seine Individualisierbarkeit als Nischenprodukt. Die Orthese kommt zum Einsatz, um bei Lähmungserscheinungen oder Spastiken das Gehen wieder zu erlernen und erleichtern.

Recherche

Probleme herkömmlicher Orthesen

Zu Beginn informierte ich mich darüber, was es auf dem Markt für ähnliche Produkte gibt. Dabei analysierte ich unterschiedliche Unternehmen, dessen Webauftritt, Image und Produkte. Bei der Firma Otto Bock stellte ich die grösste Ähnlichkeit fest. Die meisten Unterschenkelorthesen dienen lediglich als Fussheberorthesen. Im Falle der MOWA Orthese besteht das Konzept, zwei Ausführungen zu realisieren. Die MOWA easy und die MOWA customize. Bei Patienten, die die MOWA easy benötigen, ist die körperliche Beeinträchtigung weniger stark ausgeprägt als bei Patienten, die auf die MOWA customize angewiesen sind. Die Version ‚easy’ besteht nur aus einer Sohle, vertikaler Versteifung und einem formangepassten Unterschenkelabschluss. Bei der ‚customize’ kommt noch ein Fusscase dazu, welches Spastiken oder das Abknicken des Fusses bei fehlender Stabilisationsmöglichkeit verhindert. Diese zirkuläre Fassung ist jedoch nicht in jedem Falle notwendig.

Bisweilen werden Orthesen vom Orthopädietechniker oft mittels Gipsabdruck gefertigt. Dazu wird dem Patienten die betroffene Stelle eigegipst und im Anschluss wieder abgelöst. Von diesem Abdruck wird dann in einem zweiten Schritt die definitive Stützstruktur entworfen. Die Herstellung wie auch das Modell an sich weist Probleme auf. Es ist: • Zeitaufwendig • Kostenintensiv • Kaum anpassungsfähig • Keine Variabilität • Fehlversorgungsrisiko • Oft unzureichende Versorgung der Patienten • Geringe Therapietreue

STATUS – QUO

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Produktanalyse MOWA

Umsetzung Skizzen

MOWA wird in einem Industrie 4.0 Prozess hergestellt. Dies bezieht sich auf den digitalen Informationsaustausch und die Fertigung des Produktes. Im Vergleich zu früheren Systemen steht hier die Interaktion zwischen Mensch, Maschine und Prozess im Zentrum. Die Vernetzung untereinander erhöht die Produktivität, verkürzt Durchlaufzeiten und es entsteht eine besser steuerbare Produktion. Durch die smarte mit Sensor ausgestattete Orthese kann kundenorientierter und spezifischer das Produkt angepasst und gefertigt werden. Die Vorteile der MOWA Orthese sind somit zusammenfassend:

Nach dem Einlesen in Fachliteratur, dem Führen von Interviews, und dem Erarbeiten der anatomischen Grundkenntnisse, machte ich mich ans Skizzieren. Dabei überlegte ich mir, wie ich eine Unterschenkelstütze konstruieren kann, die nutzerfreundlich ist, keine Druckstellen verursacht, möglichst wenig Material benötigt und dennoch seiner stützenden Funktion nachkommt. Zu beachten war, dass beispielsweise Betroffene mit einem Schlaganfall meist eine halbseitige Dysfunktion aufweisen. Somit sollte die Orthese einhändig bedienbar sein. Die Schliessung und das Einsteigen sollten durch die Form der Orthese begünstigt werden. Beim Skizzieren behielt ich die Masse und Parameter der bereits bestehenden Orthese mehr oder weniger bei. Ich definierte für mich Punkte, die ich an der bestehenden Orthese gerne bearbeiten würde, wusste jedoch, dass sich im Verlaufe der Arbeit herauskristallisieren wird, welche Punkte ich stärker, schwächer oder gar nicht verfolgen werde.

• Kosten- und Zeitersparnis in der Herstellung • exakt an die Gegebenheiten / Anatomie des Patienten anpassbar • individualisierbar nach Patientenwunsch • Management- und Versorgungssteigerung Meine Aufmerksamkeit galt insbesondere dem Fusscase. Persönlich erschien mir dieses auf den ersten Blick als unpraktisch. Durch die harte Schale kann es nicht mehr in normalen Schuhen getragen werden, da diese zu wenig Platz bieten. Daher ist man beim Tragen der MOWA customize automatisch auf einen Spezialschuh angewiesen. Nach der Befragung der Patienten hat sich das Bild herauskristallisiert, dass sich die Betroffenen das Tragen von normalen Freizeitschuhen wünschen würden. Die Spezialschuhe sind meist klobig, unförmig und entsprechen nicht den Vorstellungen der Betroffenen. Aus diesem Grund habe ich versucht, eine Lösung zu finden, die versucht, diesen Wunsch miteinzuschliessen. Das Einsteigen in die Orthese sah ich auch als problematisch an, da die Platzverhältnisse so begrenzt sind und das Material keine sehr grosse Ausdehnung erlaubt wie z.B. ein Textil beim Einstieg in einen Schuh.

Formfindung oben Der obere Abschluss der Unterschenkel Orthese sollte feiner ausgearbeitet werden. In meinen Überlegungen sollte die Form einen fliessenden Übergang zu der vertikalen Stütze erzeugen, um ein weicheres Erscheinungsbild aufzuweisen. Dabei plante ich Ausschnitte ein um Gewicht und Material zu sparen und eine genügende Luftzirkulation zu gewährleisten.

VERSCHLÜSSE • magnetisch • nachstellbar • nicht elastisch

FORM

GELENK • „Starfish“ fort • feinere Kontur

• individualisierbar • Klicksystem?

AUSSCHNITTE • Ödeme? • Druckstellen?

• Mikroklett ?

BUMPER POLSTER

• Gel / Memory Foam • direkt mit Schiene verbunden

> Hygiene? / Recycling? • abwaschbar / antibakteriell

Formfindung unten

Magnetverschlüsse

Bei der unteren Form fokussierte ich mich darauf, eine Sommersandale zu entwerfen. Dafür erstellte ich ein Moodboard und suchte unterschiedliche Referenzbilder, die den Einstieg in die Sandale erleichtern könnten. Nach Rücksprache mit dem Orthopädietechniker verwarf ich das Vorhaben jedoch wieder. Er erklärte mir, dass eine zirkuläre Fassung von Nöten ist, um den Fuss vollständig zu stabilisieren. Diese Fassung wird nur bei der MOWA customize benötigt.

Ich recherchierte über diverse Verschlusstechniken und kam zum Schluss, dass sich ein Magnetverschluss wohl am besten für die Funktionen eignen könnte, die ich gerne erfüllt hätte. Ein Magnet gewährt ein einfaches, schnelles und sicheres Schliessen der Orthese. Dennoch sollte der Abschluss verstellbar sein, um ihn an die Gegebenheiten wie Kleidung, geschwollene Beine oder Gewichtsschwankungen anpassen zu können. Bei meiner Suche nach passenden Magnetverschlüssen stiess ich auf den Verschlusshersteller Fidlock. Fidlock stellt Verschlüsse für Taschen, Helme und Co. her. Sie haben ein System entwickelt, welches zwei bewährten Verschlusskonzepten auf intelligente Weise vereint - die eines magnetischen sowie eines mechanischen Verschlusses. Hinter dem Fidlock Prinzip steckt die Kombination eines Magnetverschlusses mit einer mechanischen Rastung. Starke Magnete sorgen für einfaches Schließen, eine stabile Rastung für dauerhaft hohe Schließkraft. Zum anderen unterscheiden sich der Öffnungs- und Schließvorgang voneinander, das heißt, sie laufen jeweils nach einem anderen Prinzip ab. Ein herkömmlicher mechanischer Verschluss zum Beispiel folgt immer der gleichen Funktionsweise, etwa wie bei einer Türe: Klinke drücken – auf, zu. Beim Fidlock-Prinzip sorgen die Magnete für ein selbststätiges Schließen. Dabei rastet der Verschluss fest ein; das Öffnen erfolgt hingegen je nach Modell durch Schieben, Kippen oder Drehen. Die Verschlüsse können je nach Kundenwunsch individualisiert und angepasst werden. Die Magnetverschlüsse der Marke lassen sich einfach bedienen, schliessen selbstständig und können mit einer Hand geöffnet werden. Dies schafft Bedienkomfort, Sicherheit und Zeitersparnis.

Die SNAP Produktfamilie besteht aus einer großen Auswahl an zweiteiligen Verbindungsstücken - den Oberteilen (male) und Unterteilen (female) - die sich (fast) beliebig miteinander kombinieren lassen.

Der V-BUCKLE wurde für besonders sicherheitsrelevante Anwendungen entwickelt. Er öffnet durch ein Kippen der Edelstahlklappe. Je grösser die Last ist, die anliegt, umso mehr Kraft ist zum Öffnen nötig. Er ist damit selbstsichernd.

Die vielseitigen SNAP Verschlüsse eignen sich zum Verschließen und Verbinden von Taschen, Kleidungsstücken oder auch zur Befestigung von Skibrillen an Skihelmen. Auch lassen sich Accessoires oder größere Objekte damit einfach fixieren.

Der V-BUCKLE 25 ist vor Allem für den Einsatz in den Bereichen Outdoor und Sport konzipiert.

Die Bedienung mit nur einer Hand ist selbst mit Handschuhen schnell und mühelos möglich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Steckschnallen ist die Gefahr, das Haut eingeklemmt wird, nicht mehr gegeben. Die SNAP helmet buckle sind für den Einsatz an Helmen konzipiert und werden dem besonders hohen Anspruch an Sicherheit und Komfort gerecht.

Der HOOK reverse ist besonders flexibel, denn das Verschlussoberteil lässt sich bedseitig beliebig mit der Ober- oder Unterseite verschliessen.

Die MINI TURN Verschlüsse bieten Produktdesignern hohe Flexibilität bei der Gestaltung: Sie sind in unterschiedlichen Farben erhältlich und können mit einem individuellen Branding versehen werden. Darüber hinaus können auf Kundenwunsch individuelle Handgriffe entwickelt werden. Dank ihrer einfachen Verarbeitungsmöglichkeiten gestaltet sich die Montage an Produkten äußerst komfortabel. Die Produktfamilie MINI TURN ist vor allem für den Einsatz an Umhängetaschen, Schulranzen oder auch Handtaschen ausgelegt - überall dort, wo die praktische EinhandBedienung und hohe Schließkraft besonderen Komfort und Sicherheit bedeuten.

Er lässt sich sehr vielseitig einsetzen. Sein Vorteil des „doppelseitigen Verschlusses“ ist zum Beispiel bei Taschen mit verdrehtem Gurtband nützlich.

Unteres Formteil

Oberer Abschluss

Um an mir selber den Tragekomfort testen zu können, liess ich mir mein eigenes Bein eingipsen. Dabei verwendete ich die handelsüblichen Kunststoffgipsbinden, die man beim Gipsen von Brüchen oder zur Ruhigstellung von Körperpartien beim Arzt benötigt. Die Binden sind schnell aushärtend und wurden im Anschluss mit einer Gipssäge und einer Gipsschere wieder entfernt. Daraus entstanden an meinen Körper angepasste und leicht zu bearbeitende Abdrücke.

Wie auch das untere Formteil liess ich mir als ersten Versuch den Unterschenkel mit einem Kunststoffgips umhüllen. Dabei zeigte sich, dass sich das Material bei der Aushärtung verzieht, da es im Unterschied zum unteren Formteil keine geschlossene Hülle ergab. Ich suchte nach einer Alternative, wie ich einen Abdruck der Wade erhalte, um die Form zu evaluieren. Ich zeichnete im CAD die gewünschten Formen auf und schnitt diese im Anschluss mit dem Schneidplotter aus. Für die obere Bearbeitung wählte ich Gipsbandagen, die zum modellieren im Bau und Hobby Bereich benötigt werden. Im Gegenzug zum Kunststoffgips trocknete die Gipsbandage langsamer und ich liess sie deshalb vollständig über Nacht aushärten. Als nächster Schritt zeichnete ich die zuvor gefertigten Karton und Papier Vorlagen des Schneideplotters auf den Gipsabdruck ein und schnitt die übertragene Form aus.

Muster und Oberflächenstrukturen Anfänglich beschäftigte ich mich auch noch mit Oberflächenstrukturen und Musterungen für das obere Formteil. Dabei fokussierte ich mich auf Muster wie abstrahierte Muskelstränge, Faszien und Knochenstrukturen, um eine Relation zum Körper herzustellen. Diese Muster ergänzte ich mit Strukturen die ein ähnliches Erscheinungsbild aufwiesen wie die eben genannten. Im Verlaufe des Prozesses musste ich jedoch einsehen, dass ich in meinem Produktprozess einen Schritt früher anfangen muss – bei der Funktion. Ich erkannte, dass es keinen Sinn und Mehrwert ergibt, ein beliebiges schönes Muster auf eine Oberfläche anzubringen. Es soll nicht nur zur Verzierung dienen, sondern auch eine Funktion erfüllen. Bei Ausschnitten kann eine Musterung zur Gewichtsreduktion führen und den Tragekomfort steigern, da sich die Wärme zwischen Orthese und Bein weniger stauen kann. Eine Struktur kann wichtige Zonen am Produkt hervorheben, wie zum Beispiel der Bereich des Verschlusses. Dennoch war mir die Bedienung das wichtigere Thema und somit das Verschlusskonzept an sich.

Leichtigkeit Struktur Reflexion Verlauf Muskulatur Faszien Knochenzellen Organisch Metamorphose

Haptik

Als weiterer Versuch testete ich die Möglichkeit, auf die bestehende Gipsform mit Modelliermasse 3D Konturen anzubringen. Der Haftung zwischen der Gipssturktur und der Masse war jedoch unzureichend. Deshalb verwarf ich dieses Vorhaben und fokussierte mich darauf, dies im CAD zu konstruieren.

Vertikale Stütze

Funktionsmodell Nr. 01

Um die vertikale Stütze zu erhalten für mein erstes Funktionsmodell, erstellte ich eine Abwicklung des 3D Modelles, welches ich von Pascal Schnell, dem Designingenieur, erhielt. Aus der 2D Datei fertigte ich eine Vorlage für den Laser. Die Kurve laserte ich auf 3mm Plexiglas aus. Mittels Wärme bog ich die Freiform von Hand in die gewünschte Biegung. Dabei war zu beachten, das Material nicht nur punktuell zu erhitzen, da ansonsten Spannungen im Material auftraten und zum Brechen des Plexiglas führen konnte. Des Weiteren sollte das Material nur so fest erhitzt werden, dass es sich verformen liess und die Oberfläche nicht so plastisch wurde, dass sich die Spuren meiner Hände und Handschuhe abzeichneten. Bog man eine Kurve falsch, war es schwierig den Fehler auszukorrigieren.

Innensohle

Scan

Ich nahm einen Abdruck von meinem Fuss und erstellte eine Gipsform. Im Anschluss fertigte ich eine Silikongegenform, um später einen Abguss einer Sohle zu erstellen. Ich merkte jedoch schnell, dass dieser Versuch ins Leere läuft, da ich die genauen Kurven und Umrisse des Fusses im CAD benötige. Aus diesem Grund wechselte ich dann das Medium und scannte den Gipsfuss ein, damit ich eine Mesh-Datei für das CAD Programm Rhino erhalte.

Da ich nicht nur die Kurven und Umrisse der Fussunterseite als Mesh brauchte, sondern auch weitere Körperdaten für das CAD, stand ich Modell, um mich selbst einscannen zu lassen. Ich mit Schuhen, ohne Schuhe, sitzend, stehend und noch die Schuhe separat. Mit diesen Mesh Dateien konnte ich die Grösse des Orthesen Formteils genau bestimmen und an meine Gegebenheiten anpassen. Wie beim Gipsen war es mir wichtig, das Objekt und dessen Tragekomfort an mir zu testen.

Verschluss oben

Schuhtest

Im oberen Verschluss wollte ich das Prinzip von Fidlock aufgreifen. Ein einfaches, schnelles und sicheres Einklicken zwischen Formteil und Verschluss. Damit der Verschluss nachstellbar blieb, musste ich zusätzlich eine Umlenkung einbauen, wie bei einem Doppel-D-Verschluss, beispielsweise bei Motorhelmen. Durch die doppelte Schlaufe kann man das Befestigungsband in eine Richtung nachziehen, aber es blockiert sich automatisch auf die andere Seite.

Wie ich aus meinen Interviews herauskristallisieren konnte, wünschen sich die Betroffenen, dass sie normale Schuhe tragen können. Dies ist bis dato nicht der Fall. Ich versuchte mit meinem Konzept eine Lösung zu finden, wie man dies lösen könnte. Dabei ist zu erwähnen, dass diese Lösung leider nicht für alle Betroffenen funktionieren kann, sondern nur für diejenigen, die nicht auf ein zusätzliches Fusscase angewiesen sind, weil sie Spastiken oder eine totale Lähmung aufweisen. Dies ist ein Lösungsansatz für Menschen mit einer leichteren Einschränkung. Dennoch kann das Prinzip auch so für Extraschuhe übernommen werden, was dazu führen würde, dass auch diese Schuhe schmaler, formechter und optisch ansprechender daherkämen. Der Freizeitschuh wird am betroffenen Fuss auf der Innenseite im Schuhsohlenbereich eingeschnitten. Die vertikale Schütze kann dann in diesem Bereich in den Schuh eingeschoben werden. Durch zwei seitliche kleine Aussparungen verzahnt sich die Stütze mit dem in der Sohle eingelegten Verschluss. Die Innensohle des Schuhes muss einen harten, formstabilen Kern aufweisen, da dieser dafür sorgt, dass der beeinträchtigte Fuss in einem 90° Winkel gehalten wird. So können die Beschwerden einer Fussheberschwäche respektive eines Fallfusses gestützt und kontrolliert werden.

Verschluss unten Der Verschluss in die Schuhsole wurde zu einem meiner Herzstücke der Arbeit. Ich investierte sehr viel Zeit in die Funktion und den Mechanismus. Die Idee besteht darin, dass die vertikale Stütze in einen Verschluss in der Sohle eingeklickt werden kann. Dadurch entsteht eine feste Verbindung, die durch Betätigen eines Mechanismus jedoch nach Wunsch wieder gelöst werden kann. Der Verschluss funktioniert in der umgekehrten Weise wie ein herkömmlicher Klickverschluss, wie man ihn von Rucksäcken oder Ähnlichem kennt. Der Verschluss besteht aus drei Teilen. Einerseits die Hülle, die zur Fassung der beweglichen Klammer dient. Diese Klammer ist zugleich der Knopf, den man betätigen muss, um die vertikale Stütze aus der Verankerung zu lösen. Der Knopf respektive das Endteil der Klammer ragt aus dem Schuh hervor unterhalb der Stütze.

Nach Rücksprache mit dem Orthopädietechniker zeigte sich jedoch eine bessere Lösung. Anstelle das Kästchen in der Innensohle zu platzieren, wird das Kästchen in die Schuhsole eingelegt. Dafür wird die Sohle erwärmt und entfernt. Im Nachgang wird in die Sohle die entsprechende Grösse ausgespart, um das Kästchen dann dort einzubauen. Die Schuhsohle wird wieder angebracht und es entsteht einen sauberen Abschluss. Damit reduziert man auch die Gefahr eines Höhenunterschiedes zwischen den beiden Beinen. Die Wahl des Schuhs kann vergrössert werden. Die Bedingung dafür ist eine ausreichend dicke Sohle, ansonsten müsste die Sohle aufgedoppelt werden. Am besten eignen sich Turnschuhe, Schnürschuhe und Schuhe mit einer Innensohle. Denn nach wie vor muss eine Innensohle mit hartem Kern angebracht werden, um wieder den 90° Winkel zu erreichen.

Ich tastete mich langsam an die schlussendliche Dimension heran. Das finale Kästchen weisst eine Grösse von 80 x 43 x 7.3 cm auf. Damit ist es auf eine Grösse reduziert, die insbesondere durch die geringe Höhe in eine Innensohle respektive in eine Schuhsohle eingelegt werden kann. Anfänglich war meine Idee, eine 3D angefasste Innensohle zu entwerfen, die man in x-beliebige Schuhe einlegen kann. Bedingung dafür war, dass die Schuhe selbst eine Innensohle aufweisen müssen, die durch die 3D gedruckte Sohle ausgetauscht werden kann. Damit entstünde keine Dysbalance und Höhenunterschiede zwischen dem betroffenen und dem gesunden Bein könnten durch einfache Mittel ausgeglichen werden. Dafür würde man im Gegenschuh die Differenzhöhe mit einer Einlegesohle ausgleichen.

Oberer Abschluss Nr. 02 Wie auch der Verschluss und die Sohle druckte ich das obere Formteil mit dem Zortrax 3D-Drucker. Die Druckjobs dauerten hier bis zu 14 Stunden. Ich nahm die Mesh-Datei meines Beines als Vorlage und modellierte das Formteil im Rhino um diese herum.

Ich legte das 3D gedruckte Formteil in den Backofen, um zu testen, wie gut es sich im Nachhinein verformen lässt. Dadurch konnte ich zwei unterschiedliche Grössen erstellen. Eine auf mein Körpermass angepasst und eine für die Schaufensterpuppe in meiner Ausstellung. Danach ergänzte ich mit dem Bohrer und dem Drehmel die Aussparungen für den Magnetverschluss und den Schlitz für das Band. Ich bearbeitete und besserte das Objekt mit Spachtelmasse aus und sprayte das Objekt anschliessen gleichmässig an.

Funktionsmodell Nr. 02 Das Funktionsmodell beinhaltet die neue von mir entwickelte Verschlusstechnik in der Schuhsohle. Das Verschlusskästchen wurde mir vom Orthopädietechniker in den Schuh eingebaut. Die Vertikale Stütze bog ich aus einer 3mm Polyethylen-Platte (PE). PE ist einfacher zu biegen, und lässt sich besser in die Rundung verformen. Der grosse Nachteil von PE ist, dass sich die Form leicht zurückbiegt und daher nicht 100% formbeständig ist. Das obere Formteil ist wie das Verschlusskästchen mit dem Zortrax 3D-Drucker gedruckt. Das Verschlussband ist 40mm breit und weist eine weiche Kante auf, damit keine Druckoder Schürfkanten entstehen beim Tragen. Es ist mit einem Klettverschluss verseht, welcher das Nachstellen ermöglicht. In dieses Band ist der Magnetverschluss eingearbeitet. Die 3D-Druck Elemente stehen stellvertretend für ein lasergesintertes Objekt. Beides sind additiven respektive generatives Fertigungsverfahren, das bedeutet sie werden Schicht für Schicht aufgebaut. Im Gegenzug zum 3D-Drucker wird dabei aber kein Filament erwärmt und durch eine Düse gedrückt, sondern ein Pulverbad wird mit einem Laserstahl bearbeitet. Das Sintern eignet sich insbesondere für anspruchsvolle, komplizierte und hinterschneidende Objekte. Für das MOWA-Formteil somit die ideale Lösung. Beim normalen 3D-Druck Verfahren wird eine Stützstruktur benötigt, was im Falle des Sinterns nicht notwendig ist, weil das Pulver als stützende Struktur dient.

Die Polyethylen respektive Plexiglas gebogene Stütze würde schlussendlich aus Carbon Prepreg hergestellt. Prepreg ist die Kurzform für preimpregnated fibers oder vorimprägnierte Fasern. Prepreg bezeichnet ein Halbzeug aus Endlosfasern und einer ungehärteten duroplastischen (meist Epoxydharz) Matrix. Prepregs werden unter erhöhter Temperatur ausgehärtet. Sie werden dabei in einer vorgefertigten Form gepresst. Für die Verschlüsse eignen sich am besten Spritzgussteile. Durch das Spritzgiessen kann eine höhere und belastungsfähigere Stückzahl erstellt werden. Andere Kunsstoffverschlüsse werden mit demselben Verfahren hergestellt. Es würde sich vom Kosten- und Zeitaufwand nicht lohnen, diese Teile 3D zu drucken. Des Weitern sind die Verschlussteile immer gleich, im Gegenzug zum zum Unterschenkelformteil, welches an die Anatomie des Trägers angepasst ist.

Reflexion Ich bin mit sehr viel Motivation in mein Bachelorprojekt gestartet. Ich fühlte mich auch gut vorbereitet, durch meinen strukturierten Zeitplan. Ich begann mit Lesen der Fachliteratur noch vor dem eigentlichen Starttag, um damit nicht in Verzug zu kommen. Leider gelang mir das rückblickend dann doch weniger gut als angenommen. Das Einlesen in die mir fremde Materie der Medizin- und Orthopädietechnik dauerte dann doch länger. Sich ein anatomisches Grundverständnis anzueignen, war jedoch unabdingbar. Ich organisierte mich so, dass ich das Lesen und ein grosser Teil der schriftlichen vor die praktische Arbeit stellte. Die Interviews der schriftlichen Arbeit brachten mir wichtige Erkenntnisse für die künstlerisch-gestalterische Arbeit. Das eigentliche Vorhaben, eine Art Schmuckstück zu entwerfen, verwarf ich schnell, da ich einsehen musste, dass ein Objekt, das gut aussieht, aber nicht den notwendigen Komfort bringt, nutzlos für die Betroffenen ist. Deswegen fokussierte ich mich auf deren Wünsche. Den grössten Teil der Interviews konnte ich erst im April durchführen und das anschliessende Zusammentragen und Transkribieren für die schriftliche Arbeit warf mich weit zurück. Ich war im April mit der praktischen Arbeit nicht so weit wie ich sein sollte und wollte. Dies wiederspiegelte sich auch in den Mentorengesprächen. Da viel auf theoretischer Basis aber nicht physisch vorhanden war, konnte man nicht so viel und detailliert besprechen wie notwendig gewesen wäre. Die Abgabe des schriftlichen Teils bracht grosse Erleichterung. Ich empfand es als suboptimal, dass der schriftliche Teil bis in den Mai gezogen und nicht früher abgeschlossen wurde. Ich hätte die Zeit lieber genutzt, um Fortschritte im praktischen Teil zu erzielen.

Mein körpernahes Objekt benötigte viel Vorlauf- und Bearbeitungszeit. Mit dem Scannen hatte ich dann relativ schnell die notwendigen Mesh-Dateien zusammen. Diese dienten mir als Vorlage für die 3D-Druck Teile. Ich verbrachte ab dem Zeitpunkt des Scannens die meiste Zeit am Computer, um 3D-CAD Modelle zu konstruieren. Die Mechanik des Verschlusses verbesserte ich von Druckauftrag zu Druckauftrag und versuchte den Verschluss so klein wie möglich zu gestalten. Das gelang mir nun eigentlich sehr gut. Die langen Druckzeiten und die zu kleinen Druckplatten waren jedoch auch ein Hindernis. Somit musste ich auf einen anderen 3D-Drucker ausweichen. Meine Mitstudentin Janine Leiggener bot mir dann die Möglichkeit, einige der Formteile bei ihr zu drucken.

Alles in allem hat sich mein Konzept von Anfang bis zum Ende stark gewandelt. Ich habe nicht wie geplant Oberflächenstrukturen, Polsterung und Schutzhülle für die Stütze entworfen, sondern setzte bei der Funktion an sich an. Als Lösung steht nun ein Funktionsmodell da, das die neuen Verschliess- und Verbindungsmechanismen aufzeigt. Das Modell ist an die Anatomie angepasst, erfüllt die geforderte Funktion des Fusshebens und Stabilisierens einer Orthese und bringt neue Erkenntnisse mit sich. Ob es für die Firma Orthopunkt einen Mehrwert ergibt, muss geprüft werden und ob das Konzept an sich tauglich ist, müsste man an Probanden testen. Ich holte mir ein Feedback von Betroffenen ein, welche die Lösung mit den normalen Freizeitschuhen sehr interessant finden. Sie würden es begrüssen, wenn man in diese Richtung weiterarbeiten würde. Da der Träger und sein Bedürfnis, insbesondere bei so körpernahen Objekten wie einer Orthese, im Zentrum steht, muss man seiner Stimme am meisten Gewicht geben. Ich würde, falls sich die Möglichkeit ergeben sollte, gerne noch weiter an der Ausarbeitung feilen. All die Teile, die ich im Prozess ausgeklammert habe, sind nun Themen, die man in einem weiteren Schritt bearbeiten könnte. Ich habe grosse Freude, dass mein Produkt bei meiner Zielgruppe gut angekommen ist und hoffe, dass ich ihnen so neue Perspektiven aufzeigen konnte.