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2013 I MADKEM SCIENCE & DESIGN
Sportdesign / Ecodesignportfolio
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02 I Dipl. Ing. Philipp Lehner
Chemische Entwicklung
01
02
2
01
01 I Mag. (FH) Thomas Adam Saier
Design und Produktmanagement
(gewerberechtlicher Geschäftsführer)
03
Kernkompetenzen:
01 I Produktdesign
Patentierbare Konzeptentwicklungen
Grafikdesign
CAD Modelling / Simulationen
Modellbau
03 I Dr. med. Philipp Lanz
Medizinische Entwicklung
03
02 I Technologieentwicklung
Wissenschaftliche Recherche
Materialentwicklung / Prozessengineering
Kosten- Nutzenabschätzung
Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Instituten
04
03 I Rapid Prototyping
Umwandlung von realen Modellen in virtuelle Datensätze
3D Druck
3D Scan
04 I Ing. Nikolaus Foidl
Erneuerbare Energietechnik /
Biotechnologie
03
01
04
Geistiges Eigentum der MADKEM. OG
Alle Rechte vorbehalten
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01 I Wintersport
02 I Wassersport
03 I Rennsport
HUMAN SECTOR
Projektarbeiten im Bereich “Body Protection”
Alle Rechte vorbehalten
Geistiges Eigentum der MADKEM. OG
Alle Rechte vorbehalten
Ausgangssituation:
Jedes Jahr erleiden weltweit ca. 130.000 Menschen bei Extremsport, Auto- sowie Arbeitsunfällen
schwere
Wirbelsäulenverletzungen.
Al-
leine im Jahr 2008 leiden, Schätzungen zufolge,
etwa 2,7 Millionen Menschen an Rückenmarksverletzungen. Eine Verletzung der Wirbelsäule
kann zu lebenslanger Behinderung, chronischen
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Schmerzen, Pflegebedürftigkeit unter enormen
Kostenaufwand oder sogar bis zum Tod führen.
Trotz neuester Technologien und Therapiemöglichkeiten haben Verletzungen der Wirbelsäule mit
neurologischen Folgen eine niedrige Erfolgsquote
in der Heilung. Verglichen mit anderen Verletzungen ist bei Wirbelfrakturen mit Verwundung des
Rückenmarks die Quote der Patienten, die ihren
Beruf wieder aufnehmen können, am geringsten.
Research:
Diese Gründe waren ausschlaggebend, Nachforschungen zur Unfallursache, Lokalisation und
möglicher Prävention von Wirbelfrakturen anzu-
stellen. Anhand der größten statistischen Erhebung von Wirbelfrakturen wird aufgezeigt dass:
•
96% aller Wirbelkörperfrakturen durch Bewe-
gungsüberschreitungen
(Überdrehung,
Überstreckung,
Stauchung) der Wirbelsäule zustande kommen. Diese Wir-
Wirbelsäulenprotektor
Statistiken belegen, dass existierende Rückenprotektoren vor schweren Frakturen der Wirbelsäule (Querschnittlähmungen) nicht wirksam schützen können.
In Zusammenarbeit mit der med. Universität
Wien forschen wir an einem Produkt, welches
Wirbelsäulenprotektion revolutionieren wird.
belkörperfrakturen werden in Kompressions-, Distraktions-
dlung mit verhältnismäßig geringer Erfolgsquote, gab uns den
Anstoß, einen Wirbelsäulenprotektor zu entwickeln, der vor
solchen Bewegungsüberschreitungen schützt.
sowie Rotationsverletzungen (Typ A,B,C) unterteilt und kön-
Funktionsprinzip des neuartigen Wirbelsäulenprotektors:
werden.
zusammen.
nen durch existierende Rückenprotektoren nicht vermieden
•
der Wirkungsgrad von Rückenprotektoren somit
nur bei 4% liegt.
Grundsätzlich wird ein erhöhter Anstieg von Wirbelkörperfrakturen in den Übergängen der Brust- zur Lendenwirbelsäule sowie zur Halswirbelsäule verzeichnet. Durch die Krüm-
mungsänderung, entstehen in diesen Bereichen mechanische
Schwachpunkte in der Wirbelsäule. Der geringe Wirkungsgrad
Der Wirbelsäulenprotektor setzt sich aus zwei Elementen
•
Den ersten Teil bildet ein Exoskelett, das ähnlich doch bei einer definierten Auslenkung blockiert und •
wie die Wirbelsäule aktive Bewegungen zulässt, je-
Kräfte absorbiert.
Den zweiten Teil bildet eine Anbindungsstruktur, die Körperbewegungen auf das Exoskelett überträgt.
von Rückenprotektoren, sowie die kostenaufwendige BehanGeistiges Eigentum der MADKEM. OG
Alle Rechte vorbehalten
Projektstatus 2013 - 2014:
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Die vorangegangenen Forschungen haben einen plausiblen
06 I Modellfotos des 1. Designmodells
(In Zusammenarbeit mit Dainese S.p.A)
Lösungsansatz für die Entwicklung eines Wirbelsäulenprotektors ergeben, jedoch ergaben sich bei der Testung des
Protektors vorab folgende Probleme:
Da der Ansatz einer Prävention von Wirbelsäulenfrakturen
mit Bezug auf die Unfallklassifikation bis dato noch nicht
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erprobt wurde, gibt es daher auch keine verwertbaren Meth-
oden für eine Testung von bewegungsüberschreitenden
Wirbelkörperfrakturen (Typ A, B, C). Crash Test Dummies
weisen aufgrund ihrer auf den Verkehr abgestimmten Geo-
01
9
03
01 I Schema der Anbindungsstruktur
(Arthur S. Iberall)
metrie keine Nachbildung der Brust- und Lendenwirbelsäule
auf. Somit ist es nicht möglich, eine qualitative Aussage zur
02 I Statistische Verteilung von
Wirbelkörperfrakturen
(Dr. Philipp Leucht)
möglichen Prävention von Rückenmarksverletzungen zu
treffen. Da keine verwertbaren Daten zu biomechanischanatomischen Studien vorliegen, unter welchen mechanischen Kräften durch (Typ A, B, C definiert) die Wirbelsäule zu
Frakturen neigt, ist es nach dem heutigen Stand der Technik
auch nicht möglich, Testaufbauten für Wirbelsäulenfrak-
03 I Konzeptentwicklung
turen dieser Klassifikation nachzuahmen.
04
Projektziel:
05
Zielsetzung der Wirbelsäulenprotektorentwicklung ist es,
im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Institut für
cerviko- thorakal
Medizinische Physik und Biomedizinische Technik Ph.D; a.o.
Univ.-Prof. DI Dr. techn. Dietmar Rafolt, (Leitung Biomecha-
nische Messungen, Sensorik) grundlegende Forschungen
rund um die Maximalbelastung der Wirbelsäule voranzutreiben, sowie den Wirkungsgrad des Wirbelsäulenprotektors
festzustellen.
Nutzen des Projekts:
Ziel und Motivation dieses Projekts sowie jeglicher wissenschaftlicher
und
wirtschaftlicher
Folgeprojekte
ist
die Vermeidung von Querschnittslähmungen und Wir-
thorako- lumbal
04 I Ermittlung der
Wirbelsäulenauslenkungswinkel
(BMC Sensormessung)
belkörperverletzungen durch den entwickelten Wirbelsäu-
lenprotektor. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in
die Produktentwicklung des Wirbelsäulenprotektors einfließen, wirtschaftlich vermarktet und in medizinischen
Fachzeitschriften publiziert.
lumbo- sakral
05 I Frakturhäufigkeit von Wirbelkörperfrakturen
(Dr. Philipp Leucht)
Ausgangspunkt:
Wakeboarden ist eine Trendsportart, bei der Elemente aus Surfen, Snowboarden und Wasserski kombiniert werden. In den
80er-Jahren aufgekommen, gewann diese Sportart in den letzten Jahren enorm an Popularität. Schätzungen zufolge, beläuft
sich die derzeitige Zahl weltweit auf 3,1 Mio. Wakeboarder bei
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der die überwiegende Mehrheit sogenanntes „Freestyle Wakeboarden“ ausübt (G. Schippinger, Jatros 4/2008). Die Ausführung dieses Sports ist mit einem hohen Verletzungsrisiko
verbunden. Eine statistische Auswertung in den USA zeigt, dass
90% aller Wakeboard- Verletzungen auf „Freestyle Wakeboarden“ zurückzuführen sind (Keverline et al, Orthopedics 2003).
Auffallend ist, dass neben Verletzungen des Oberkörpers (31%),
67% der Verletzungen in den unteren Extremitäten auftreten,
was den größten Teil der Erhebung ausmacht (Hosteler et al.,
Am J Sports Med 2005; Tab.).
Problemstellung:
Konventionelle Wakeboard Bindungen verhindern bei Stürzen
die vollständige Loslösung des Fahrers vom Board. Bei Stürzen
bewirkt die große Verdrängungsoberfläche des Wakeboards in
Kombination mit der fixen Bindung und der nicht vorhandenen
Auslösemöglichkeit eine direkte Krafteinleitung der Ver-
Wakeboard- Safety
Plate
Die Wakeboard Safety Plate wird es ermöglichen, Wakeboarder vor schweren Verletzungen
der unteren Extremitäten zu schützen.
zögerungskräfte in den Körper des Fahrers. Dadurch entste-
Konzept:
unteren Extremitäten betreffen. Besonders kritisch sind Stürze,
MADKEM das „Safety Plate“ entwickelt. Durch einen Auslöse-
hen sehr häufig schwere Verletzungen, die insbesondere die
Um zukünftig Verletzungen dieser Art zu vermeiden, wird von
bei denen ein Fuß aus der Bindung schlüpft und der in der
mechanismus in Kombination mit einer mechanischen Fuß-
Bindung verbleibende Fuß zusätzlich extremen Hebelkräften
ausgesetzt ist. Schwere Verletzungen der unteren Extremitäten
(Drehbruch, Knöchelfrakturen, Knieläsionen etc.) sind hier häufig die Folge. Bei Stürzen in denen beide Beine in der Bindung
verbleiben, treten durch die Wasserverdrängung derart hohe
physiologische Belastungen auf, dass daraus häufig Beinverletzungen von der Knöchelregion aufwärts resultieren. Bezug
nehmend auf die statistische Erhebung bestätigt sich die Häufung der Verletzungen in den unteren Extremitäten, was primär
durch die derzeit vermarkteten Bindungen verursacht wird.
standsverbindung wird eine simultane Loslösung beider Beine
vom Wakeboard bewirkt. Somit reduzieren sich die auf den
Körper übertragenen Kräfte, was die Verletzungsgefahr minimiert. Die Fußstandsverbindung verhindert einseitige Drehoder Hebelkräfte. Das „Safety Plate“ weist eine sehr geringe
Bauhöhe auf und hat auf das Biegeverhalten des Wakeboards
keinen Einfluss. Priorität in der Produktentwicklung ist es, die
Fahreigenschaften des Boards in keiner Weise zu beeinflus-
sen, und dabei größtmögliche Sicherheit für den Sportler zu
gewährleisten.
Geistiges Eigentum der MADKEM. OG
Alle Rechte vorbehalten
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01 I CAD Modelling
02 I Explosionsrendering
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02
03 I Perspektivansicht
04 I FEM Simulation der
Bodenplatte
BOTTOMPLATE
INTEGRATED VELCROW
PIVOTABLE
STANCEPLATE
05 I Konzeptentwicklung
06 I Patentvisualisierung
ADJUSTABLE ROD
STANCE SETTING
03
04
THREAD INSERTS
BINDING MOUNT
04
05
Fig. 2
2/5
06
1.1
2.1
2.3
1.2
Geistiges Eigentum der MADKEM. OG
Alle Rechte vorbehalten
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Biochar / Solar Energy
ECO DESIGN
CO2 Reduktion
Alle Rechte vorbehalten
Geistiges Eigentum der MADKEM. OG
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Kohlenstoffreduktion aus der
Atmosphäre 0%
BIOCHAR
CO2- Reduktion durch Bioenergie
CO2
umgebaut. Bei absterbender Biomasse wird durch Ver-
Energiealternativen eher- zu als abnehmen wird, müskostengünstig CO2 aus der Atmosphäre zu binden.
Der durch den höherem CO2- Gehalt in der AtmoNaturkatastrophen mit sich. Wärmere Winter verursa-
chen eine schlechte Regeneration der Wasserreserven
in der Landwirtschaft führt. Unsere landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Böden sind mittlerwei-
le durch einseitige Übernutzung stark an Nährstoffen
verarmt, was zu verminderter Produktivität und höhe-
ren Produktionskosten durch künstliche Düngung und
Insektizide führt. Infolgedessen ist der Mineral- und
Nährstoffgehalt unserer Lebensmittel in den letzten
100 Jahren stark gesunken. Eine Umkehr zu höherer
Lebensmittelqualität durch bessere landwirtschaftliche
Böden, ist daher dringend notwendig.
Verkohlung in biologisch schwer abbaubare Holzkoh-
le umgewandelt. Dadurch wird Kohlenstoff langfristig
im Boden gespeichert (CO2- negativ). Aus langjährigen
Pyrolyse
Versuchen weiß man, dass Biokohle im Boden (Terra Preta) das Pflanzenwachstum um 20-35% steigern
25%
in den Böden, das wiederum zu enormen Problemen
Anstatt einer Verrottung der Biomasse wird sie durch
50%
sphäre einhergehende Klimawandel bringt schwere
die Atmosphäre abgegeben (CO2- neutraler Kreislauf).
50%
sen Prozesse und Technologien entwickelt werden, um
rottungsvorgänge der Kohlenstoff in Kürze wieder an
Photosynthese
Energieverbrauch in Zukunft mangels ausreichender
zesse C02 der Atmosphäre entzogen und in Biomasse
kann. Durch die Bereitstellung von wichtigen Nährstof-
25%
Kohlenstoffausstoss -5%
Wie im Schaubild ersichtlich, wird durch natürliche Pro-
ren von 280 auf 385 p.p.m gestiegen. Da der fossile
Respiration
Der CO2- Gehalt in der Luft ist in den letzten 100 Jah-
Kohlenstoffausstoss 50%
Prozesserklärung:
Respiration
Problemstellung
CO2
Photosynthese
Negative CO2- Bilanzen und effiziente Energiegewinnung, durch Biokohle und deren Anwendungen
16
Kohlenstoffreduktion aus der
Atmosphäre 20%
17
Bioenergie:
• kohlenstoffneutral
• reduziert
Emissionen
von fossilenBrennstoffen)
fen durch Biokohle ist die Qualität der produzierten
Nahrungsmittel wesentlich höher als vor deren Anwendung. Die während der Verkohlung von Biomasse aus
Land- und Forstwirtschaft entstehende Wärme kann
für die Erzeugung von Hausheizungswärme und elek-
trischer Energie genutzt werden. Dies reduziert somit
enorm den Verbrauch an fossilen Brennstoffen, was
Erde
Kohlenstoffeinbindung durch
Photosynthese:
kohlenstoffneutral
Biokohle
Kohlenstoffeinbindung:
kohlenstoffnegativ
reduziert Emissionen der
Biomasse
© nature publishing group Vol 447|10 May 2007
wiederum den CO2- Gehalt der Atmosphäre verringert.
Diese Erkenntnisse ermutigten uns, die Forschung und
Entwicklung von kostengünstigen Technologien zur
Biomasseverkohlung mit inkludierter Energie, Rohstoff- und Restwärmenutzung für die Landwirtschaft
und Industrie voranzutreiben.
source: www.worldenergyjustice.org
source: www.cnn.com
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01
01 I Vorderansicht Pellet Pyrolizer
(Designstudie)
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01 I Wahlprogramm für den
Biokohleerzeuger
Einsichtnahme anhand des
intuitiven Displays
Die Hausheizung als multifunktionale
•
Durch die Umwandlung von Pellet in Biokohle fallen Ziel dieses Konzepts ist es, in Kleinregionen Energie durch Py-
an, er wandelt diesen Rohstoff aber in C02- negative sorbieren. Damit werden die eigentlichen Heiz- und Warmwas-
erreicht.
•
Die Biokohle wird vom Lieferanten an lokale Agrar-
Boden eingearbeitet, was zu einer CO2- Reduktion Energiezentrale der Zukunft
für den Hausbesitzer zwar höhere Einkaufskosten rolyse aus Biomasse zu gewinnen und gleichzeitig CO2 zu ab-
serkosten stark reduziert und im Strombereich volle Autonomie
reduziert.
Zur Funktion:
Unsere Forschungen zeigen, dass es wesentlich effektiver ist,
anstatt Biomasse zu verbrennen, das Pyrolyseverfahren zur Energiegewinnung anzuwenden und Biokohle zu erzeugen. Pyro-
lyse von Biomasse ist ein exothermer Prozess, der die benötigte
Wärme für Hausheizungen und Warmwasseraufbereitung erzeugt.
Als Produkt entsteht Biokohle, deren Anreicherung im Boden eine
der effektivsten Methoden ist, um CO2 langfristig der Atmosphäre
zu entziehen. Volkswirtschaftlich ergibt sich ein Modell, bei dem
regionale Wirtschaftsstrukturen profitieren:
•
Die Forst- und Pelletwirtschaft wird belebt, da der Hausbesitzer durch diesen Prozess 30% mehr Pellet verbraucht.
02 I Temperaturregelung
Ablesbare Gas- und Wärmetauschertemperaturen
02
03 I Kohle-, Pelettvorrat
Regelmäßige Aktualisierung
und Anzeige
02 I Perspektivansicht
Ansicht der im Keller oder Heizraum eingebauten Verkohlungsund Speichereinheit
Biokohle um und verkauft diese an den Pelletliefer
03
anten zurück, das in Summe seine Heizungskosten betriebe verkauft, mit Kompost vermischt und in den 03 I Erzeugte Biokohle
führt.
•
O4 I Ökonomische Bilanz
Information des aktuellen
Kostenmanagements
Das Pflanzenwachstum wird durch die Biokohle um bis zu 30% gesteigert.
Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Verbrennungsverfahren
04 I Schnitt durch Verkohlungseinheit
und Pelletzwischenspeicher
04
sind: CO2- Reduktion durch Energiegewinnung, Belebung der
regionalen Landwirtschaft sowie erhöhtes Pflanzenwachstum.
Die Hausheizung hat sich somit in eine Multienergiezentrale
verwandelt, die Wärme als Nebenprodukt der verschiedenen
Prozesse, sowie Strom und ein Gas mit hohem Heizwert, das
selbst den Fahrzeugbetrieb autonom macht, produziert.
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Alle Rechte vorbehalten
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02
Polymer Solar Kollektor
Die Entwicklung von Kunststoffkollektoren gewann innerhalb der letzten Jahre- wegen
der enormen Kostenersparnis gegenüber herkömmlichen Materialien- enorm an Popularität. Ziel ist es, die Rückzahlungszeit von solarthermischen Anlagen von derzeit
01 I 02 I 03 Ideation Sketches
Konzeptentwicklung
10–25 Jahren auf 4-5 Jahre zu reduzieren. Menschen mit geringen Einkommen würde
somit der Umstieg auf eine energieautarke Warmwasserversorgung ermöglicht wer-
den. Unsere Entwicklung zielt vor allem auf tropische und subtropische Länder ab. In
diesen Regionen ist der ökologische Fußabdruck von Warmwasser durch elektrische
Durchlauferhitzer enorm hoch und könnte aufgrund der günstigen klimatischen Ver-
03
hältnisse durch Solarenergie ersetzt werden. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit
einer kanadisch-costaricanischen Firma forschen wir seit 3 Jahren an einer Lösung zu
diesem Problem.
geistiges Eigentum der MADKEM. OG
Geistiges
Alle Rechte
alle
Rechte vorbehalten
vorbehalten
01
03
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02
03
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01 I MADKEM ALAIA SURFBOARD
Eco Surfboard aus 100% Paulownia
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05 I INTERIOR DESIGN
Transformierbarer
Lounge / Bürostuhl
MADKEM ist ein interdisziplinäres Designbüro mit Sitz in Graz / Österreich.
Die private Einrichtung wurde im Jahre 2010 von Ing. Nikolaus Foidl, Dipl.Ing. Philipp Lehner, Dr. med. Philipp Lanz und Mag. (FH) Thomas Saier mit
02 I MISC. Sketches / Renderings
Formensprachen & Designentwicklung
03
dem Fokus auf wissenschaftliche Produktentwicklung für Sport- und Safetydesign sowie erneuerbare Energietechnik gegründet. Durch die Zusam-
menarbeit unserer Fachgruppen (Industriedesign & Produktmanagement /
03
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Verfahrenstechnik / Biotechnologie / Chemie / medizinische Forschung) er-
05
arbeiten wir Produkte von der ersten Skizze bis hin zur Serienreife.
Durch die Schnittstelle von Wissenschaft und Gestaltung entwickeln wir für
unsere Kunden wissenschaftlich fundierte Produkte im Design- und Technologiebereich.
04
03 I MISC. Concepts
Design & technische Entwicklung
04 I MADKEM APPAREL
Misc. T-Shirt Designs
05
06 I Longboard
(Recycled Roxy Snowboard)
07 I Modellbau
05
Geistiges Eigentum der MADKEM. OG
Alle Rechte vorbehalten
2013 MADKEM OG
independent innovations // st. peter hauptstraße 35.a // 8042 Graz
// AUSTRIA // UID-Nr: ATU66104057 //
FN Nr. 354832 m // Firmenbuchgericht: Graz/A.
www.madkem.com
[email protected]
+43 660 406 7777
Layout: Thomas Saier / MADKEM OG