Gesundes Liegen durch ergonomische Matratzengestaltung
Auszug aus dem Vortrag von Prof. Dr.-Ing. Martin Schmauder
Bei den gängigen Matratzen finden in der Regel weder die Körpermaße des Schläfers noch
seine Schlafgewohnheiten Berücksichtigung. Mit Hilfe eines digitalen Menschmodells sind
an der Technischen Universität Dresden Menschen unterschiedlicher Körpermaße in
verschiedenen Schlafhaltungen modelliert worden, um daraus Vorschläge zur Zonengestaltung
abzuleiten. Ein nach diesen Kriterien gestalteter Matratzen-Prototyp ist dann mit
Druckmessungen und Tests in einem Schlaflabor bewertet worden.
Wissensstand
Wie kann man guten Schlaf unterstützen ?
Äußere Einflussfaktoren auf die Schlafqualität:
- Lärm
- Raumklima
- Licht
- Luftqualität
- mikroklimatische Aspekte
- Anthropometrische und biomechanische Aspekte
Abbildung 1: Kaltschaummatratzen
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So sehen i.a. unsere Matratzen aus
-
Nicht nachvollziehbare Anordnung und Dimensionierung von Matratzenzonen
unterschiedlicher Härte zur Körperunterstützung
-
Für Personen unterschiedlicher Größen werden gleich angeordnete und dimensionierte
Zonen angeboten
- Ausgangspunkt: statische Haltung:
- Seiten- oder Rückenschläfer, kaum Berücksichtigung von Bauchschläfern
- Keine Berücksichtigung von Bewegungen während der Nacht
- Ausnahme: individuell angepasste - sehr teure Matratzen
Bewertung und Gestaltung von Matratzen unter Beachtung von Körpermaßen und
Schlafhaltungen
Abbildung 2: Modellierung von verschiedenen Schlafhaltungen
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Ziele
-
Anthropometrisch begründete Anordnung und Dimensionierung von Matratzenzonen
unterschiedlicher Härte zur Körperunterstützung
- Berücksichtigung von Bewegungen während der Nacht
- Unterstützung des natürlichen Schlaf- und Liegeverhaltens
Vorgehensweise
- Nutzung eines digitalen Menschmodells und eines CAD-Programmes
- Modellierung von verschiedenen Schlafhaltungen
- Abgleich zwischen Matratzenzonen und Menschen in verschiedenen Haltungen
- Erarbeitung von Vorschlägen zur Zonengestaltung
Abgleich zwischen Matratzenzonen und Menschen in verschiedenen Haltungen
- Becken in Mitte platziert und Kopf am Kopfende platziert
- 126 Varianten überprüft, bei fast allen gibt es Probleme
Abbildung 3: Matratzenzonen: links: Frau, 50 J., 5. Perzentil, normal, NN, Rückenlage, Becken mittig
rechts: Mann, 50 J., 95.Perzentil, endomorph, SRN, Rückenlage, Becken mittig
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Erarbeitung von Vorschlägen zur Zonengestaltung
- Becken in Mitte platziert und Kopf am Kopfende platziert
- 126 Varianten überprüft, bei fast allen gibt es Probleme
Abbildung 4: Beispiel: Clusterung in Matratzentypen anhand Körpergröße
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Abbildung 5: Erarbeitung von Vorschlägen zur Zonengestaltung
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Bewertung und Gestaltung von Matratzen unter Beachtung von Druckverteilungen
Druck, Kontaktflächen und Komfort - Wie hängt das zusammen?
Man weiß:
- Druckabnahme mit erhöhter Kontaktfläche zw. Körper und Matratze
- Je weicher (und dicker) eine Matratze, umso geringer der sich aufbauende Druck
Ziele
-
Aussage zu Härtegraden verschiedener Zonen untereinander und zu generellen
Matratzenhärtegraden
- Absicherung der gewählten Matratzenzonen
- Matratzenzonen noch besser auf den menschlichen Körper abstimmen
-
Abgleich eingenommener Körperhaltungen (äußerste Bewegungsgrenzen) mit Lage der
prognostizierten Körperzonen
- Vorschläge zur künftigen Gestaltung bereits in frühen Konzeptionsphasen
Problematik
- Unterstützung der Wirbelsäule
-
Spezifische Punktelastizität des Materials für definierte Einsinkzonen des
Körpers
- Drücke > 50 mmHG werden auf Dauer als unangenehm empfunden
Aber:
Wie wird Komfort bei bestimmter Körperzonenunterstützung, bestimmten Härtegraden usw.
empfunden?
Versuchsaufbau
Abbildung 6: Modellierung von verschiedenen Schlafhaltungen
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- Druckmessmatte XSENSOR – X3 PX100:26.64.01
- 1664 kapazitive Sensoren
- Messfläche 81x203 cm,
- Messbereich 0-50mmHg, 5-100mmHg, 10-200mmHg
- >30 Probanden,ausgewählt nach: Größe, BMI, Alter, Geschlecht
Vorgehensweise
- Nachbildung verschiedener Schlafhaltungen je Proband
- Auswertung und Aufbereitung der Messdaten
- Bewertung und Gestaltung von Matratzen durch:
-
Abgleich aufgezeichneter Schlafhaltungen mit prognostizierter
Zonenauslegung und ggf. Anpassung der Bereiche
-
Ermittlung von Druckverteilungen im Material und Simulation maximaler
Bewegungsgrenzen zur Überprüfung von Matratzen-Prototypen
Nachbildung der verschiedenen Schlafhaltungen
Abbildung 7: Abgleich prognostizierter Bewegungsprofile mit tatsächlich eingenommenen
Schlafhaltungen
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Abbildung 8: Nachbildung der verschiedenen Schlafhaltungen
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Bewertung und Gestaltung von Matratzen
Abbildung 9: Ermittlung von Druckverteilungen im Material und Simulation maximaler
Bewegungsgrenzen zur Überprüfung von Matratzen-Prototypen
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Testergebnisse an einem Prototyp
Abbildung 10: Druckmesswerte und subjektives Komfortempfinden
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Druckmessungen:
- Vergleich einer Standardmatratze (7-Zonen) und des Prototypen
- 20 Probanden (jeweils 10 für einen Matratzentypen)
- Druckmessungen
- Subjektive Komfort-Befragung
Signifikante Unterschiede (Prototyp gegenüber Standardmatratze):
- Geringere Drücke
- Gleichmäßigere Druckverteilung
- Bessere Lordoseabstützung (außer bei besonders leichten Personen)
-
Probanden empfanden Protoyp als bequemer
(in der persönlich bevorzugten Einschlafhaltung)
Schlaflabor-Test (advanced sleep research GmbH, Berlin):
- 30 Probanden
- Blindes Cross over Design
- Messung der objektiven Schlafqualität (Polysomnographie)
-
Messung des subjektiven Empfindens (ASTS, KSS, SF-A, Fragebogen zum Schlafkomfort)
Signifikante Unterschiede (Protoyp gegenüber Standardmatraze
- Objektive Schlafqualität:
-
Tiefschlafanteil höher, Leichtschlafanteil niedriger, Traumschlafanteil
höher
- Rückenlage häufiger, Seitenlage weniger
- Subjektives Empfinden:
- Weniger müde am Morgen, erhöhte positive Stimmung
Ausblick
Druckverteilungssimulation durch Integration einer Datenbasis in das digitale Menschmodell
Entwicklung eines Bewertungsstandards für das Digital Prototyping zur Überprüfung neuer
Prototypen bereits in frühen Konzeptionsphasen
Möglichkeiten
-
Simulation spezifischer Materialeigenschaften, wie Elastizität, Härtegrade,
Zonenauslegung,…
- Prototypentwicklung auf Grundlage biomechanischer und anthropometrischer Daten
-
Digitale Überprüfung / Optimierung von Matratzen unter Berücksichtigung menschlicher
Bewegungsräume
-> Optimierung der Produktentwicklung
-
- Ergonomie-Kompetenz-Netzwerk e.V. (ECN)
- Verwaltung: Wolfgang G. Schneider
-
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- 88046 Friedrichshafen
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