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Kunstglied
Die Erfindung betrifft ein Kunstglied, dessen Bewegung durch druckmittelbetätigte, ventilgesteuerte Servomotoren erfolgt, die im Bereich der Gelenkpunkte des Gliedes angeordnet sind, wobei die Ventile durch beliebige noch vorhandene Körpermuskeln betätigt werden.
Es ist bekannt, Kunstglieder bei vorhandenem grösserem Gliedstumpf durch diesen zu bewegen. Ebenso war es üblich, bei zu kurzem Gliedstumpf das Kunstglied. passiv beweglich zu gestalten, wobei es von aussen in beliebige Stellungen gebracht werden konnte. Um ein Kunstglied aktiv beweglich zu machen, u. zw. auch bei vorhandenem ungenügendem Reststumpf, hat man auch schon pressluftbetätigt. e Servomo- toren im Bereich der Gelenkpunkte eines solchen Kunstgliedes angeordnet und diese Servomotoren durch Ventile gesteuert. Die Betätigung dieser Ventile wiederum erfolgte dabei entweder durch Restmuskeln des Gliedes selbst oder auch durch gliedfremde Muskeln.
Diese Art der Gliedbewegungen erlaubt es, auf die bisher übliche Anordnung von Kanälen in Restmuskeln, also auf sogenannte Sauerbruchkanäle, zu verzichten, wobei oftmals Gewebereizungen in den Muskelkanälen vorkamen. Gleichzeitig wird der sehr wesentliche Vorteil erreicht, dass infolge der Verwendung von Servomotoren weit höhere Antriebskräfte zur Verfügung stehen, als sie die Restmuskeln selbst ausüben könnten. Vor allem aber wird es bei Anordnung von Servomotoren, deren Ventile muskelgesteuert sind, möglich, andere Körpermuskeln als Restmuskeln des zu ersetzenden Gliedes selbst zur Betätigung heranzuziehen, so dass also die Bewegung, beispielsweise eines Kunstarmes, auch dann erfolgen kann, wenn überhaupi kein Armstumpf vorhanden ist.
Bisher wurden zur Steuerung pneumatisch betätigter Servomotoren eines solchen Kunstgliedes Quetschventile vorgeschlagen, die so arbeiten, dass bei Öffnung des Einlassventiles eines Servomotors, dessen Auslassventil geschlossen wurde, während beim Abschluss des Einlassventils das Auslassventil sich wieder öffnete. Es waren daher nur voll oder teilweise ausschlagende Bewegungen mit jeweils voller Rückkehr des Gliedteiles in seine Ausgangslage durchführbar. Teilbewegungen in genau kontrollierbarem Ausmass waren aber ebensowenig möglich, wie die Bewegung eines Gliedteiles und eine Feststellung in jeder Bewegungsphase. Vor allem jedoch fehlte den bisher bekannten Antriebsanordnungen die Eigenschaft eines natürlichen Gliedes hinsichtlich der Feinfühligkeit für die Grösse und die Stärke eines Bewegungsvorganges.
Bei einem Kunstglied mit druckmittelbetriebenen Servomotoren werden diese Nachteile vermieden, indem erfindungsgemäss jedem Servomotor je ein Einlass-und ein Auslassventil zugeordnet ist, wobei mindestens das Einlassventil vermittels einer zwischen der muskelbewegten Steuervorrichtung des Ventiles und diesem selbst angeordneten Abdichtungsmembrane dergestalt nach Art eines Reduzierventiles ausgebildet ist, dass der Betätigungsmuskel die Wirkung einer verstellbaren Reduzierventilfeder übernimmt, so dass der das Ventil betätigende Muskel den sich im Servomotor einstellenden Druck des Druckmittels fühlt, wodurch wahrgenommen werden kann, welche Kraft der gesteuerte Teil des Kunstgliedes ausübt.
Besonders vorteilhaft ist es, das Einlassventil und das Auslassventil jedes Servomotors gegenüber der muskelbewegten Steuervorrichtung so anzuordnen, dass die Ventile unabhängig voneinander gesteuert werden können. Jedoch kann auch ein reduzierventilartig ausgebildetes Einlassventil mit einem Auslassventil hinsichtlich der mechanischen Betätigung so hintereinander geschaltet werden, dass das Einlassventil in Abhängigkeit von dem auf das Auslassventil ausgeübtenSchliessdruck erst nach Abschluss dieses Auslassventiles geöffnet wird und umgekehrt.
Bei dieser Anordnung kann schliesslich auch zwischen das Auslassventil und den Servomotor ein zusätzliches Absperrventil geschaltet und gegenüber der Steuer-
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vorrichtung des Einlass- und des Auslassventiles so angeordnet sein, dass es beim Einleiten der Schliessewegung des Auslassventiles und der Öffnungsbewegung des Einlassventiles geöffnet wird, bevor das Auslassventil geschlossen ist und das Einlassventil geöffnet wird, sich aber erst nach gänzlichem Abschluss des Einlassventiles und nach Freigabe des Auslassventiles wieder schliesst.
Erfindungsgemäss kann ferner bei einem solchen Kunstglied an den Gelenkpunkten eine form-oder kraftschlüssige Arretierungsvorrichtung vorgesehen werden, die vermittels eines gleichartig ventilgesteuerten Servomotors, wie er zur Bewegung der Kunstgliedteile benutzt wird, über eine muskelbewegte Steuervorrichtung ein-und ausgeschaltet werden kann.
Handelt es sich z. B. um einen Kunstarm mit mehreren Gelenkstellen, ist es von Vorteil, die Einlassund Auslassventile mehrerer Servomotoren zur Bewegung der einzelnen Gliedteile mit einer gemeinsamen muskelbewegten Betätigungsvorrichtung, z. B. einer Nockenwelle od. dgl., zu vereinigen. Hiebei können dann diese Ventile wahlweise durch die Bewegungen einer einzigen Muskelgruppe betätigt werden.
Bei einer besonders grossen Anzahl von Gelenkstellen kann es auch von Vorteil sein, die Ventile mehrerer Servomotoren gruppenweise mit gemeinsamen Bstätigungsvorrichtungen zu vereinigen, so dass dann eine unabhängige Betätigung der einzelnen Ventilgruppen durch verschiedene Muskelgruppen möglich wird.
Im Falle eines Kunstarmes hat es sich als besonders zweckmässig erwiesen, dass durch Verstellung der muskelbetätigten Steuervorrichtung, beispielsweise einer Nockenwelle, die Steuerventile der Reihe nach im Sinne einer Handschliess-, sodann einer Handöffnungsbewegung und einer zweiten Handschliessbewegung gesteuert werden, wobei ein Federanschlag gegenüber der Steuervorrichtung angeordnet ist, der beispielsweise nach Durchführung der zweiten Handschliessbewegung zur Wirkung kommt, und dass bei Verstellung der Steuervorrichtung über den Federanschlag hinaus die Arretierungsvorrichtung des Ellbogengelenks im Sinne einer Sperrung und danach im Sinne einer Freigabe mittels weiterer Steuerventile betätigt und der Unterarm in eine Streckbewegung und anschliessend in eine Beugebewegung versetzt wird.
Ist ein natürlicher Gliedstumpf vorhanden, so können die Steuerungsventile an einem mit dem oberen Teil des Gliedstumpfes mittels Schienen od. dgl. verbundenen und vor dem Ende des Gliedstumpfes liegenden Teil angeordnet werden, während die Betätigungsteile der Steuervorrichtung dieser Ventile sich an einem Teil befinden, der vermittels des Gliedstumpfes drehbar angeordnet und beispielsweise manschettenartig ausgebildet ist. In Fällen einer doppelten Armamputation, insbesondere einer doppelten Oberarmamputation, wäre eine doppelte Steuerungsventilanordnung und eine doppelte Anordnung der Betätigungsvorrichtung für diese Ventile nicht nur mit grösseren Schwierigkeiten verbunden, sondern sie würde auch an den Träger in der Bedienung aussergewöhnlich hohe Anforderungen stellen.
Erfindungsgemäss wird daher im Falle eines doppelten Gliedverlustes zwischen den Steuerungsventilen und den Druckmittelleitungen zu den zugehörigen Servomotoren eine umschaltbare Verteilereinrichtung vorgesehen, die es gestattet, die Steuerungsventile wahlweise mit einer rechten oder linken Armprothese zu verbinden.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen und Anordnungsweisen des Erfindungsgegenstandes am Beispiel eines Kunstarmes schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kunstarm mit beweglichem Ellbogengelenk, drehbarer Hand und beweglichem Daumen samt den dazugehörigen Servomotoren und Arretierungsvorrichtungen, Fig. 2 eine Anordnung der Steuerventile zur Handbewegung bei vorhandenem natürlichem Unter-oder Oberarmstumpf, Fig. 3 einen Querschnitt durch Fig. 2, Fig. 4 eine andere Anordnung der Steuervorrichtung zur Handbetätigung an einem Unterarmstumpf, Fig. 5 einen Querschnitt durch Fig. 4, Fig.
6 eine Anordnung der Ventile zur Handbetätigung, wobei ein Einlass-und ein Auslassventil hinsichtlich ihrer mechanischen Betätigung hintereinandergeschaltet sind und wobei ferner ein zusätzliches Absperrventil zwischen das Auslassventil und die Druckinittelleitung eines Servomotors geschaltet ist, Fig. 7 eine Ansicht der Fig. 6 von unten, Fig. 8 im Längsschnitt eine Zusammenfassung mehrerer Einlass- und Auslassventile mit einer gemeinsamen Betätigungsvorrichtung, die ihrerseits durch Zug gesteuert wird, Fig. 9 einen Querschnitt durch Fig. 8, Fig. 10 in einem Längsschnitt nach X - X der Fig. 11 eine andersartige Zusammenfassung mehrerer Ein- und Auslassventile, wobei zu deren Betätigung eine durch den Gl1edstumpf drehbare Nockenscheibe dient, Fig.
11 eine schematische Draufsicht auf die Ventilanordnung nach Fig. 10, Fig. 12 im Querschnitt eine andersartige Ausführung einer solchen Ventilzusammenstellung, deren Betätigung durch Druck erfolgt, Fig. 13 einen teilweisen Längsschnitt durch Fig. 12, Fig. 14 schaubildlich eine Gesamtanordnung eines Kunstarmes, des Druckmittelbehälters und der Steuerventile am Körper, Fig. 15 im Querschnitt eine Umschaltvorrichtung, die es gestattet, eine Mehrzahl von Steuerventilen nach Fig. 2 - 13 wahlweise zur
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B.Bei einem Kunstarm nach Fig. 1 ist der Unterarm 1 mit dem vorhandenen Oberarmstumpf über ein Ellbogengelenk 2 in bekannter Weise verbunden. Die Hand 3 ist an dem künstlichen Unterarm 1 drehbar auf einer Achse 4 gelagert. Der Daumen 5 der Hand 3 ist seinerseits bei 6 schwenkbar angeordnet. Zur Betätigung jeder einzelnen dieser Gelenkstellen 2,4 und 6 sind Servomotoren 7, 7a und 7b angeordnet.
Diese Servomotoren bestehen aus an sich bekannten sogenannten Faltenbälgen, die mit einem Druckmittel gespeist werden, das sich seinerseits in einem Druckmittelbehälter 8 befindet. Um die Gelenke 2 und 4 feststellen zu können, sind Arretierungsvorrichtungen 9,9a vorgesehen. Zur Betätigung dieser Arretierungsvorrichtungen dienen gleichartig wie die Servomotoren 7,7a und 7b ausgebildete druckmittelbetätigte Servomotoren 10, 10a. Wie die Steuerung der einzelnen Servomotoren unter Benutzung entweder vorhandener Restmuskeln des Gliedes oder sonstiger Muskeln des Körpers erfolgt, wird weiter unten an Hand der folgenden Figuren erläutert. Die Rückkehr des Unterarmes 1 aus seiner Beugestellung in die Streckstellung kann durch die Schwerkraft erfolgen, wenn das Druckmittel aus dem Servomotor wieder abgelassen wird.
Selbstverständlich könnte auch zur Unterstützung dieser Bewegung eine Rückholfeder (nicht dargestellt) im Bereich des Ellbogengelenkes 2 angeordnet sein. Bei der Drehbewegung der Hand 3 ist die Anordnung bei dem Ausführungsbeispiel so getroffen, dass die Innendrehung vermittels des Servomotors 7a erfolgt, der auf die Achse 4 über ein Getriebe 11 und zwei Hebel 12,13 einwirkt. Die Rückbewegung der nach innen verdrehten Hand, also die Drehung nach aussen, erfolgt durch Freigabe des Servomotors 7a, wobei die Aussendrehung dann wiederum über das Getriebe 11 und die Hebel 12, 13 durch eine Feder 14 stattfindet. Im Falle des beweglichen Daumens 5 erfolgt die Schliessbewegung durch Füllung des Servomotors 7b mit Druckmittel. Die Öffnungsbewegung des Daumens 5 erfolgt durch eine Feder 15 nach Ablassen des Druckmittels aus dem Servomotor 7b.
Die Druckmittelleitungen 7c, 7d und 7e der einzelnen Servomotoren sind über Ventile, wie sie in den späteren Figuren beschrieben werden, über eine gemeinsame Druckmittelleitung 16 mit dem 0ruckmittelbehälter 8 verbunden. Ebenso verhält essichmitdenDruckMittelleitungenlOb, lOc der Servomotoren 10, 10a.
Die Figuren 2 und 2 zeigen eine Anordnung eines Einlass-und eines Auslassventiles zur Betätigung des Daumens einer Kunsthand, wobei Fig. 3 die Ausführung dieser Ventile erkennen lässt. In Fig. 3 ist das Einlassventil mit 17 bezeichnet, das Auslassventil mit 18. Erfindungsgemäss ist mindestens das Einlassventil 17 reduzierventilartig ausgebildet. Das Ventil 17 besitzt einen Schaft 19, der mit einem gewisser Spiel in dem Ventilgehäuse 19a verschiebbar gelagert ist. Das Ventil ist in Schliessrichtung durch eine Feder 20 belastet. Mittels des Anschlussstutzens 21 ist das Ventil 17 mit einem Druckmittelbehälter, beispielsweise dem Behälter 8 (Fig. 1), über die Leitung 16 verbunden. Links von dem Ventilschaft 19 ist eine Abdichtungsmembrane 22 angeordnet, auf welcher sich eine Kugel 23 befindet.
Der Raum 24 auf der dem Ventil 17 zugekehrten Seite der Membrane 22 steht durch eine Bohrung 25 mit dem Raum 26 am Auslassventil 18 in Verbindung. An diesen Raum 26 schliesst sich ein Rohrstutzen 27 an, der für den Anschluss der Druckmittelleitung 7e des Servomotors 7b (Fig. 1) dient. Hinsichtlich seiner Betätigung ist das Auslassventil 18 ebenso aufgebaut wie das Einlassventil 17. Sein Schaft 28 ist mit Spiel in dem Gehäuse 19 gelagert, und es ist wiederum eine Abdichtungsmembrane 22 sowie eine Kugel 23 vorgesehen.
Die Steuerung beider Ventile erfolgt durch die auf der Achse 29 drehbar gelagerte Betätigungsvorrichtung 30, wobei die Verdrehung durch den natürlichen Unter- oder Oberarmstumpf 31 bewirkt wird. Zur Verbindung des Stumpfes 31 mit der Drehachse 29 der Betätigungsvorrichtung 30 ist eine Manschette 32 vorgesehen. Die Ventile 17 und 18 bzw. ihr gemeinsames Gehäuse 19a, sind an einem Teil 33 fest angeordnet, der mit dem oberen Teil des Gliedes durch Schienen 34 unverdrehbar verbunden ist.
Wird nun der Stumpf 31 beispielsweise nach unten verdreht, bewegt sich die Betätigungsvorrichtung 30 im Sinne des Pfeiles 35 (Fig. 3). Hiedurch drückt sie auf die Kugel 23 und die Abdichtungsmembrane 22 des Einlassventiles 17. Das Ventil 17 wird entgegen der Wirkung der Feder 20 geöffnet. Hiebei tritt Druckmittel aus dem Stutzen 21 - dieser ist seinerseits wie erwähnt mit dem Druckmittelbehälter 8 (Fig. 1) verbunden-am Ventil 17 und am Ventilschaft 19 vorbei in den Raum 24 unterhalb der Membrane 22 ein. Von hier aus gelangt das Druckmittel über die Bohrung 25 in den Raum 26 des geschlossenen Auslassventiles 18 und weiter über den Stutzen 27 und die Leitung 7e in den Servomotor 7b (Fig. 1), wodurch der Daumen 5 sich in Schliessstellung bewegt.
Ist der Daumen 5 in seine völlige Schliessstellung gebracht, kann das Einlassventil 17 durch Rückdrehung des Stumpfes 31 wieder geschlossen werden, wobei sich die Betätigungsvorrichtung 30 im Sinne des Pfeiles 36 bewegt. Die Nullstellung dieser Betätigungsvorrichtung ist in Fig. 3 wiedergegeben. Hiebei bleibt dann das Druckmittel in dem Servomotor 7b eingeschlossen, so dass auch der Daumen 5 mit der dem Druckmittel entsprechenden Kraft in Schliessstellung verbleibt. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Daumen 5 nur eine Teilbewegung in Schliessrichtung ausführen zu lassen und dann die Betätigungsvorrichtung 30 in die Nullstellung zurückzuführen.
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Der Daumen 5 bleibt dann in dieser teilweise geschlossenen Stellung stehen, da auch hiebei ein entsprechender Druckmittelanteil im Servomotor 7b eingeschlossen bleibt.
Sehr wesentlich ist bei der Ventilausführung folgendes : wenn das Einlassventil 17 geöffnet und der zugehörige Servomotor, im vorliegenden Falle der Servomotor 7b, mit Druckmittel gefüllt wird, übt das Druckmittel, das in den Raum 24 gelangt und unter dem gleichen Druck steht wie der Servomotor 7b, einen Druck auf die Abdichtungsmembrane 22 aus. Dieser Druck wird aber über die Kugel 23 und über die Betätigungsvorrichtung 30 für den Muskel, der die Betätigungsvorrichtung bewegt, deutlich fühlbar.
Der Bewegungsmuskel übernimmt in diesem Falle voll die Wirkung der verstellbaren Feder eines Reduzierventiles. Der Träger einer solchen Kunsthand hat auf diesem Wege immer gefühlsmassig vollkommene Klarheit über die Druckkraft, die im Falle des geschilderten Ausführungsbeispieles den Daumen 5 bewegt. Ferner ist es gegenüber der bisher bekannten Steuerung eines Kunstgliedes durch ein Druckmittel ein besonderer Vorteil, dass das Einlassventil 17 und das Auslassventil 18 gegenseitig unabhängig gesteuert werden können, denn hiedurch wird erreicht, dass, wie oben erwähnt, der bewegte Gliedteil auch Teilbewegungen ausführen und in der jeweiligen Stellung festgehalten werden kann. Es sind also nicht mehr wie bisher nur vollausschlagende Gliedbewegungen oder Teilbewegungen mit sofortiger Rückkehr in die Ausgangslage möglich.
Es wird vielmehr eine Bewegungsfähigkeit erreicht, die weitestgehend der natürlichen Bewegung eines Gliedteiles entspricht. Soll die Hand wieder geöffnet, also der Daumen 5 wieder freigegeben werden, so wird die Betätigungsvorrichtung 30 durch Verdrehung des Armstumpfes 31 in Richtung des Pfeiles 36 über die Nullage hinaus bewegt. Hiebei wird dann das Auslassventil 18 über die Kugel 23, die den Ventilschaft 28 verschiebt, angeioben, so dass das Druckmittel aus dem Servomotor 7b über die Leitung 7e, den Rohrstutzen 27, den Raum 26 am Ventil 18 und an dessen Schaft 28 entlang in den Raum unter der Membrane 22 eintritt und aus diesem über die Auslassöffnung 37 entweicht. In der Auslassöffnung 37 ist dabei mit Vorteil eine Schalldämpfungsvorrichtung z. B. in Form eines Schaumgummipfropfen 38 angeordnet.
Dies verhindert, dass störende Zischgeräusche auftreten.
Wie die Steuerventile 17,18 im einzelnen am Körper anzuordnen sind, hängt naturgemäss von den Eigenarten im Einzelfalle ab. Ist z. B. ein Reststumpf vorhanden, dessen Restmuskeln sich für die Handund Fingerstreckung noch in sehr gutem Zustand befinden, und der seinerseits noch lang genug ist, um vermittles seiner Verdrehung die unmittelbare Drehung einer Kunsthand zu bewirken, so können das Einlassventil 17 und das Auslassventil 18, wie Fig. 4 und 5 zeigen, angeordnet werden. Das Gehäuse 19a sowohl des Einlass-als auch des Auslassventils ist an einem Bügel 39 angeordnet, der den oberen Teil des Unterarmes umschliesst. Werden nun beispielsweise die Hand- und Fingerbeugemuskeln betätigt, so wird das Einlassventil 17 durch den dabei auftretenden auf die Kugel 23 wirkenden Muskeldruck geöffnet.
Das Druckmittel, das dem Ventil über den Stutzen 21 zugeleitet wird, gelangt über die Verbindungsleitung 25a und ein Abzweigstück 40 wiederum in die Leitung 7e des Servomotors 7b (Fig. 1). Werden dagegen dann die Muskeln zur Hand- und Fingerstreckung betätigt, so erhält das im Bereich dieser Muskelgruppe angeordnete Auslassventil 18 über seine Kugel 23 diesen Druck und öffnet sich, wobei das Druckmittel aus dem Servomotor 7b über die Leitung 7e, das Zwischenstück 40 und schliesslich über die Auslassöffnung 37 entweicht. Diese Anordnung nach Fig. 4 und 5 ermöglicht es, die Betätigungsmuskeln punktweise anzutasten, so dass eine sehr feinfühlige Ventilbetätigung stattfinden kann, ohne dass die Ventile unbeabsichtigt bei ändern Bewegungen des Unterarmstumpfes ansprechen können.
Dies ist wichtig, da in einem solchen Falle die Drehbewegung des Unterarmstumpfes, wie erwähnt, zur unmittelbaren Verdrehung der Kunsthand benutzt werden kann. Ebenso könnten naturgemäss auch andere Muskeln, z. B. des Oberarmes oder des Rumpfes, angetastet und zur Steuerung der Ventile benutzt werden.
Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, ist noch eine weitere Anordnungs-und Betätigungsweise einer Kunsthand möglich, die z. B. in der Betätigung des Daumens weitgehend einem natürlichen Muskelspiel entspricht. An einem z. B. den Unterarmstumpf umschliessenden Bügel 41 ist ein Gelenkhebel 42,43 mit dem einen Schenkel 42 fest angebracht. An dem festen Schenkel 42 ist das Einlassventil 17 mit seinem Gehäuse 19a gelagert. Der bewegliche Schenkel 43 dagegen trägt das Auslassventil 18, wobei die Schenkel 42,43 des Gelenkhebels im Öffnungssinne unter der Wirkung einer Feder 44 stehen. Wird nun die Restmuskulatur z. B. des Unterarmstumpfes kontrahiert, so werden die Ventile 17, 18, da sich die Druckplatte 45 nach aussen bewegt und die Schenkel 42, 43 des Gelenkhebels zusammenpresst, in Bewegung gesetzt.
Zunächst wird bei der gegenseitigen Annäherung der Schenkel 42 und 43 vermittels des Zwischenstückes 46 das Auslassventil 18 geschlossen. Im vorliegenden Falle legt sich in einfachster Weise die Abdichtungsmembrane 22 des Auslassventils auf die Auslassöffnung 37 auf. Das Ventil ist also geschlossen. Erst wenn der Muskeldruck weiter steigt, wird schliesslich vermittels des Zwischenstückes 46 das Einlassventil 17 geöffnet. Das über die Leitung 21a zugeführte Druckmittel strömt an diesem Ven-
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til 17 vorbei über ein Zwischenstück 40a in die Leitung 7e zum Servomotor 7b. Der Daumen wird geschlossen.
Werden nun die Muskeln wieder freigegeben, so schliesst sich das Einlassventil 17 wieder, während sich die Membrane 22 des Auslassventils von dessen Auslassöffnung 37 abhebt, so dass das Druckmittel aus dem Servomotor wieder entweichen kann, wobei der Daumen in seine Ausgangslage zurückkehrt.
Da in diesem Fall das Einlass- und das Auslassventil mechanisch durch das Zwischenstück 46 gekoppelt sind, ist es möglich, mit dem Daumen 5 einen an- und abschwellenden Druck auszuüben. Um nun auch in einem solchen Falle ein Stehenbleiben des Daumens in jeder beliebigen Stellung zu erreichen, kann wie Fig. 6 zeigt, ein zusätzliches Absperrventil 47 vorgesehen werden. Dieses ist zwischen das Auslassventil 18 und die Leitung 7e des Servomotors geschaltet. Dieses Absperrventil befindet sich ebenso wie das Auslassventil 18 an dem beweglichen Schenkel 43 des Gelenkhebels. Der feste Schenkel 42 dieses Hebels besitzt eine Verlängerung 48, die mit einem Ansatz 49 auf das Absperrventil 47 wirkt. Die Anordnung ist hiebei folgendermassen getroffen : wird der Schenkel 43 dem Schenkel 42 genähert, so wird zunächst das Absperrventil 47 geöffnet.
Es wird sodann die Membrane 22 (Fig. 6) des Auslassventiles auf dessen Austrittsöffnung 37 gepresst, und erst dann wird vermittels des Zwischenstückes das Einlassventil 17 geöffnet. Werden nun die Muskeln freigegeben, so entfernen sich die Schenkel 42,43 des Gelenkhebels unter dem Einfluss der Feder 44 wieder voneinander. Hiebei wird zunächst das Einlassventil 17 wieder geschlossen, sodann hebt sich die Membrane 22 des Auslassventils von der Austrittsöffnung 37 ab, wobei an sich Luft aus dem Servomotor entweicht.
Wird aber diese Freigabe der Betätigungsmuskeln rasch vorgenommen, wird nahezu gleichzeitig mit der Freigabe der Membrane 22 des Auslassventils auch das Absperrventil 47 durch die Teile 48 und 49 des Schenkels 42 des Gelenkhebels wieder freigegeben, wobei es sich unter dem Einfluss des Druckmittels aus der Leitung 7e völlig schliesst, so dass das Druckmittel im Servomotor 7b eingeschlossen bleibt. Damit wird aber der durch den Servomotor 7b betätigte Daumen 5 (Fig. 1) in der jeweiligen Stellung festgehalten. Soll der Daumen gänzlich freigegeben werden, so ist eine geringe Bewegung z. B. der Fingerbeugemuskeln, wie oben geschildert, erforderlich, wobei dann zunächst das Absperrventil 47 geöffnet wird.
Hiebei ist aber noch die Austrittsöffnung 37 des Ventiles 18 offen, so dass das Druckmittel gänzlich entweichen kann, wobei der Daumen 5 (Fig. 1) unter dem Einfluss der Feder 15 in seine Ausgangslage (Offenstellung) zurückkehrt. Naturgemäss kann man auch auf die Anordnung des Absperrventils 47 verzichten. Es wäre dann bei dieser Ventilanordnung möglich, zwar das feinfühlige Muskelspiel nachzuahmen, doch könnte der Daumen nicht in jeder beliebigen Stellung durch einfaches Zurückgehen der Betätigungsmuskeln in der Nullage festgehalten werden.
Handelt es sich um einen völligen Kunstarm, so sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich. zur Bewegung der verschiedenen Gliedteile mehrere Servomotoren erforderlich. Gleichzeitig wird es aber auch notwendig, um eine volle Gebrauchsfähigkeit des Gliedes zu bewirken, an den einzelnen Gelenkpunkten Arretierungsvorrichtungen vorzusehen. Eine solche Arretierungsvorrichtung erlaubt es dann, den Gliedteil in der erreichten Stellung auch gegenüber grösseren auf ihn einwirkenden äusseren Kräften feststellen zu können.
In einem solchen Falle ist es zweckmässig, wie aus Fig. 8 und 9 ersichtlich, die Einlass- und Auslassventile 17, 17a, 17b bzw. 18, 18a, 18b mehrerer Servomotoren mit einer gemeinsamen Betätigungsvor- richtung 50 zu vereinigen. Da der Einzelaufbau der Ventile an Hand der Fig. 2 und 3 geschildert wurde, sind in Fig. 8 nur zwei Ventile in ihren Einzelheiten veranschaulicht. Die übrigen Ventile sind nur angedeutet. Im Falle eines Kunstarmes können nun, wie Fig. 8 zeigt, z. B. drei Einlassventile 17,17a, 17b und drei Auslassventile 18, 18a, 18b in einem gemeinsamen Ventilgehäuse oder in zwei Ventilgehäusen 19a vereinigt werden.
Die Stutzen 21 der Einlassventile können an eine gemeinschaftliche Leitung angeschlossen werden (nicht dargestellt), die mit der Druckmittelleitung 16 (Fig. 1) des Druckmittelbehälters 8 verbunden ist. Die Anschlussstellen 27 ; 27a, 27b der Auslassventile sind dagegen mit den Leitungen 7e, 7d und 7c der einzelnen Servomotoren 7b, 7a und 7 verbunden. Im Falle des Ausführungbeispiels nach Fig. 8 erfolgt die Betätigung all dieser in einer Gruppe zusammengefassten Ventile 17, 17a und 17b sowie 18, 18a und 18b durch eine gemeinsame als Nockenwelle 50 ausgebildete Betätigungsvorrichtung. Die Nockenwelle selbst ist mit einem Zugglied 51 versehen und kann, wie Fig. 14 zeigt, beispielsweise auf dem Rücken des Trägers angebracht werden.
Bei einer Bewegung der Schultern nach vorn wird dann das Zugglied 51 angezogen und betätigt je nach der Grösse des Anzugsweges des Gliedes 51 entsprechend die Nockenwelle 50 und damit auch die den einzelnen Nocken 50a, 50b, 50c, 50d, 50e und 50f zugeordneten Ventile. Mit Vorteil ist die Anordnung so getroffen, dass durch das unterste in der Fig. 8 dargestellte Einlassventil 17 die Handschliessbewegung mittels des Servomotors 7b gesteuert wird.
Das darüberliegende Auslassventil 18 steuert die Öffnungsbewegung. Der Nocken 50a ist mit Vorteil so ausgebildet, dass er bei einer weiteren Verdrehung der Nockenwelle 50 nochmals das untenliegende Einlassventil 17 betätigt, so dass nach der Öffnung der Hand durch das Ventil 18 wiederum eine Schliessbe-
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wegung der Hand bewirkt wird. Es ist ferner, wie Fig. 9 zeigt, beispielsweise zwischen den Nocken 50b und 50c an der Nockenwelle 50 ein weiterer Nocken 52 vorgesehen, der nach dem zweiten Öffnen des untersten Einlassventils 17 an einem federnden Anschlag 53 anlangt. Der Benutzer wird durch diesen federnden Anschlag verhindert, die Nockenwelle 50 etwa unbeabsichtigt weiter zu drehen. Die Hand bzw. der Daumen 5 ist in dieser Stellung geschlossen.
Wird nun unter Überwindung des federnden Anschlages 53 die Nockenwelle 50 weiter verdreht, so gelangt der Nocken 50c auf das nächste Einlassventil 17a zur Wirkung. Dieses ist über den Stutzen 27a des zugehörigen Auslassventiles 18a mit der Druckmittelleitung 10b (Fig. 1) des Servomotors 10 der Arretierungsvorrichtung 9 verbunden. Im Falle dieser Betätigung wird die Arretierungsvorrichtung eingerückt, so dass das Ellbogengelenk 2 festgestellt ist. Bei weiterer Verdrehung der Nockenwelle 50 gelangt der Nocken 50d zur Wirkung, wobei der Servomotor 10 der Arretierungsvorrichtung 9 das in ihm enthaltene Druckmittel über den Stutzen 27 (Fig. 8) und die Austritts- öffnung 37 des Auslassventiles 18a abblasen kann. Die Arretierungsvorrichtung 9 wird hiebei gelöst und das Ellbogengelenk wieder freigegeben.
Als nächster Nocken gelangt der Nocken 50e zur Wirkung auf das Auslassventil 18b des Servomotors 7 des Ellbogengelenkes. Das Ellbogengelenk verdreht sich im Sinne einer Armstreckung entweder unter dem Einfluss der Schwerkraft oder unter dem Einfluss einer Rückholfeder (nicht dargestellt). Bei weiterer Verdrehung der Nockenwelle öffnet schliesslich der Nocken 50f das Einlassventil 17b, wodurch der Servomotor 7 (Fig. 1) über die Leitung 7c (Fig. 1) von dem Stutzen 27b Druckmittel erhält, so dass der Ellbogen gebeugt wird. Wird nun das Zugglied 51 durch eine Rückwärtsbewegung der Schultern (Fig. 12) rasch und gänzlich freigegeben, so kehrt die Nockenwelle 50 unter dem Einfluss der Feder 54 in die Nullage zurück, wobei die verschiedenen Ventile so rasch hintereinander betätigt werden, dass sich dies auf die einzelnen Servomotoren nicht auswirkt.
Die Gliedteile, im vorliegenden Falle der Ellbogen und der Daumen, bleiben in den erreichten Stellungen stehen, wobei sie in dieser Stellung arretiert bleiben.
Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, eine Vielzahl von Ventilen in einer Reihe nebeneinander, wie in Fig. 8 und 9 dargestellt, zusammenzufassen. Man könnte ebenso auch die Ventile, wie Fig.
10 und 11 zeigen, im Kreise anordnen. Es wäre dann an Stelle der Nockenwelle 50 (Fig. 8) eine Nockenscheibe 55 (Fig. 10) anzuordnen. Dieser Aufbau kann insbesondere dann zweckmässig sein, wenn ein Gliedstumpf 56 vorhanden ist, der zur Betätigung der Ventile herangezogen werden kann. Ganz ähnlich wie im Falle der Fig. 2 würde der Gliedstumpf wiederum auf eine Manschette-57 wirken, an welcher die Nockenscheibe 55 sitzt. Die einzelnen Einlassventile 17, 17a, 17b und die Auslassventile 18,18a, 18b würden dann in einem kreisplattenförmigea Gehäuse 58 untergebracht sein, das seinerseits durch eine Schiene 59 mit dem oberen Teil des Gliedstumpfes zu verbinden wäre.
Selbstverständlich liesse sich aber auch eine ringförmige Anordnung der Ventile, wie nach Fig. 10 und 11, nicht nur im Zusammenhang mit einem Gliedstumpf verwenden, sondern eine solche Anordnung könnte ebenso wie die Ventilanordnung nach Fig. 8 und 9 auf dem Rücken des Trägers untergebracht werden. Die ringförmige Anordnung hat den Vorteil, dass der Zuführungsstutzen 21 des Druckmittels mit einem Ringkanal 60 in Verbindung stehen kann, an welchen dann die einzelnen Einlassventile 17,17a, 17b angeschlossen sind.
Naturgemäss könnten auch bei einer Zusammenfassung mehrerer Ein- und Auslassventile, wie nach Fig. 8 - 11, Ventile vorgesehen werden, bei welchen, wie bei Fig. 6 beschrieben, das Einlass- und das Auslassventil hinsichtlich ihrer mechanischen Betätigung hintereinandergeschaltet sind, um eine besondere Feinfühligkeit in der Betätigung der Gliedteile zu erreichen. Der Vorgang bei Vorhandensein mehrerer Gelenkpunkte ist so : Zunächst wird z. B. das Ventil betätigt, das den Handschluss bewirkt. Durch Nockenschräge und die Reduzierventilwirkung ist die Möglichkeit gegeben, die gewünschte Kraft durch das Gefühl des Betätigungsmuskels einzustellen. Soll nun z. B. die Hand gedreht werden, so ist das nächste Ventil durch Weiterdrehen der Nockenwelle od. dgl. zu betätigen.
Dabei wird der Totpunkt des zuerst betätigten Ventiles unzweifelhaft überschliffen. Dies geschieht aber so schnell, dass durch diese äusserst kurze Volleröffnung des ersten Ventiles, dessen Servomotor keinen oder nur einen völlig unwesentlichen weiteren Impuls erhält. Die gefühlsmässig bestimmte Stellung des zuerst bewegten Servomotors bleibt also erhalten. Das nunmehr zu betätigende Ventil kann also wiederum gefühlsabhängig bedient werden.
Ebenso verhält es sich, wenn noch weitere Ventile zu steuern sind. Ebenso ist es auch verständlich, dass man bei einer Zusammenfassung mehrerer Ventile nicht daran gebunden ist, z. B. nur drei Einlassund drei Auslassventile zusammenzufassen, wie in Fig. 8 - 11 wiedergegeben. Man könnte ebenso auch eine grössere Anzahl von Einlass- und Auslassventilen zusammenfassen. Dies wäre gerade für die Bedienung eines vollständigen Kunstarmes wünschenswert. Es tritt aber dann die Schwierigkeit auf, dass an die Bedienungsmuskeln entsprechend höhere Anforderungen gestellt werden. Zudem setzt auch die Zusam-
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menfassung einer grossen Zahl von Ventilen eine hohe geistige Konzentration des Trägers voraus, kann also bei langem Gebrauch zu einer entsprechenden Ermüdung und zu Fehlern in der Bedienung führen.
Erfindungsgemäss ist es daher im Falle eines vollständigen Kunstgliedes, z. B. eines Kunstarmes, vorteilhaft, wie folgt vorzugehen : es werden lediglich, wie in Fig. 8 - 11 veranschaulicht, die Einlass- und Auslassventile 17,17a, 17b bzw. 18,18a, 18b zur Bedienung des Daumens, der Ellbogenarretierung und der Ellbogengelenkbetätigung zusammengefasst. Die Einlass- und Auslassventile zur Betätigung der Handdrehung und der Handarretierung dagegen werden, wie Fig. 12 und 13 zeigen, gesondert zusammengefasst und durch andere Muskeln des Trägers betätigt. Nach Fig. 12 und 13 sind zwei Einlassventile 17 c und 17d und entsprechend zwei Auslassventile 18c und 18d in einem Gehäuse 19b angeordnet. Es ist dann ein Hebel 61 vorgesehen, der eine Reihe von Nocken 62 trägt.
Bei der Abwärtsbewegung des Hebels 61 werden nacheinander die Ventile 17c, 18c, 17d und 18d betätigt. Hiebei ist das Einlassventil 17c dem Servomotor 10a (Fig. 1) zur Bedienung der Arretierungsvorrichtung 9a des Handdrehgelenkes 4 zugeordnet. Wird das Ventil 17c betätigt, so erhält der Servomotor 10a über die Leitung 10c, die mit dem Stutzer 27c des Auslassventils 18c (Fig. 13) verbunden ist, Druckmittel und rückt die Arretierungsvorrichtung 9a ein. Wird das Auslassventil 18c durch den zugehörigen Nocken 62 betätigt, so kann das Druckmittel
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lassventiles 18d (Fig. 13) über die Leitung 7d (Fig. 1) Druckmittel, so dass die Hand 3 über die Hebel 12, 13 und das Getriebe 11 nach aussen gedreht wird.
Wird dagegen das Auslassventil 18d (Fig. 13) geöffnet, kann das Druckmittel aus dem Servomotor 7a (Fig. 1) entweichen, wodurch eine Innendrehung der Hand 3 durch die Feder 14 (Fig. 1) über die Hebel 12, 13 und das Getriebe 11 bewirkt wird. Natürlich könnte auch das Getriebe umgekehrt wirken, wobei dann die Innendrehung der Hand durch den Servomotor 7a veranlasst würde.
In Fig. 14 ist die Gesamtanordnung im Falle eines vollständigen rechtsseitigen Kunstarmes veranschaulicht. Der gesamte Arm ist, wie in Fig. 1 beschrieben, aufgebaut. Die Betätigung des Daumens 5, des Ellbogengelenkes 2 sowie der Arretierungsvorrichtung des Ellbogens erfolgt durch eine Zusammenfassung von Ventilen nach Fig. 8 und 9, die in dem gemeinschaftlichen Gehäuse 19a (Fig. 14) auf dem Rücken des Trägers angeordnet sein können. Die Einlass-und Auslassventile 17c, : : 7d bzw. 18c, 18d sind dann in einer Zusammenfassung entsprechend Fig. 12 und 13 nach Fig. 14 in ihrem gemeinschaftlichen Gehäuse 19b mit dem Bedienungshebel 61 (Fig. 14) unter dem linken Oberarm des Trägers angeordnet.
Der Druckmittelbehälter 8 ist nach Fig. 14 aus Gründen der Deutlichkeit gesondert im Körper unterebracht. Die Trennung der einzelnen Zusammenfassungen mehrerer Ventile in zwei Gruppen in den Gehäusen 19a und 19b bringt den Vorteil mit sich, dass die Drehung der Hand unabhängig von den sonstigen Bewegungen des Kunstarmes vorgenommen werden kann. Hiebei ist es von Vorteil, die Druckmittelleitungen 7c, 7e, 7d sowie 10b und 10c, soweit sie im Bereich der Bandagen 63 verlaufen, in diesen Bandagen unterzubringen. Das gleiche gilt auch für die Druckmittelleitung 16 des Druckmittelbehälters 8.
Solange es sich um die Bedienung eines Kunstgliedes, z. B. eines Kunstarmes, handelt, kann der Träger sich an die Ventilbetätigung durch gliedfremde Muskeln im Laufe der Zeit gewöhnen. Sobald aber z. B. zwei Kunstarme erforderlich sind, treten entsprechende Schwierigkeiten auf, die eine ungewöhnliche Konzentration beim Träger dieser Prothesen voraussetzen. In solchen Fällen ist es erfindunggemäss von Vorteil, z. B. für die Bedienung zweier Kunstarme, nur eine Ventilzusammenfassung nach Fig. 8 - 11 und eine nach Fig. 12 und 13 anzuordnen, dafür aber zusätzlich eine umschaltbare Verteilereinrichtung nach Fig. 15 - 17 vorzusehen. Eine solche Verteilereinrichtung kann nach Fig. 15 und 16 aus einem Gehäuse 64 bestehen, in welchem ein Mehrwegehahn 65 untergebracht ist.
An der einen Seite des Gehäuses 64 sind Stutzen 66, 67,68, 69,70 angeordnet, die mit den Stutzen 27 und 27a - 27d (Fig. 8-13) verbunden sind. Auf der rechten Seite des Gehäuses sind zwei Reihen entsprechender Anschlussstutzen 66a - 70a bzw. 66b - 70b übereinander vorgesehen. Hiebei können die Stutzen 66a - 70a beispielsweise den entsprechenden Druckmittelleitungen des linken Kunstarmes zugeordnet sein, die Stutzen 66b - 70b dagegen den entsprechenden Druckmittelleitungen des rechten Kunstarmes. Der Mehrwegehahn 65 ist mit einer Schaltvorrichtung 71,72 versehen, die es gestattet, ihn Bei jedem Druck auf den Teil 71 um eine Schaltstellung weiter zu bewegen.
Der Mehrwegehahn besitzt eine Reihe von Querkanälen 73 entsprechend der Anordnung von Stutzen 66 - 70 bzw. 66a - 70a und 66b-70b. Der Querschnitt (Fig. 15) zeigt, dass in der darin wiedergegebenen Stellung die Anschlussstutzen 66 - 70 mit den Stutzen 66b-70b verbunden sind, die beispielsweise zu den Servomotoren des rechten Kunstarmes führen, werden nun die Steuerventile nach Fig. 8,9 bzw. 10,11 und nach Fig. 12,13 betätigt, so werden die einzelnen Gliedteile des rechten Kunstarmes in entsprechender Weise bewegt.
Ist eine Bewegung des linken
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Kunstarmes erwünscht, so wird zunächst die Schalteinrichtung 71,72 (Fig. 17) betätigt, wodurch die Stutzen 66 - 70 mit den Stutzen 66a-70a, die dem linken Kunstarm zugeordnet sind, verbunden werden. Findet dann eine Bedienung der Ventilzusammenfassungen nach Fig. 8,9 bzw. 10,11 und nach Fig. 12 und 13 statt, so wird nunmehr der linke Kunstarm in seinen einzelnen Gliedteilen in Bewegung gesetzt.
Beispielsweise kann die umschaltbare Verteilereinrichtung nach Fig. 16 wie folgt aufgebaut sein : die Stutzen 70,70a, 70b sind den Servomotoren 7b (Daumenbewegung) (Fig. 1) des linken bzw. rechten Kunstarmes zugeordnet, die Stutzen 69,69a, 69b den Servomotoren 10 (Fig. 1) für die Betätigung der Ellbogenarretierung, die Stutzen 68,68a, 68b den Servomotoren 7 zur Betätigung des Ellbogengelenkes rechts bzw. links, die Stutzen 67,67a, 67b den Servomotoren 10a (Fig. 1) der Handdrehgelenkarretierung und die Stutzen 66,66a, 66b den Servomotoren 7a zur Bedienung der Handdrehung rechts oder links. Dabei kann die umschaltbare Verteilereinrichtung am Körper z. B. so angeordnet werden wie die Zusammenfassung ter Ventile nach Fig. 12 und 13, nämlich in der Achselhöhle entsprechend Fig. 14.
Ebenso wäre es aber auch möglich, die Bedienung der Umschaltvorrichtung 71,72 durch eine beliebige andere Muskelgruppe, z. B. durch die Rumpfmuskulatur, zu bewirken.
Selbstverständlich ist die Anordnung einer solchen umschaltbaren Verteilereinrichtung nicht nur von Vorteil, wenn es sich um die mehrfache Anordnung ganzer Kunstarme handelt. Sie kann vielmehr auch schon zweckmässig sein im Falle der Anordnung lediglich zweier Kunsthände, deren Ventile nach Fig. 4 und 5 oder nach Fig. 6 und 7 ausgeführt sind. Empfehlenswert ist die Anordnung der Umschaltvorrichtung beispielsweise im Falle zweier Kunsthände dann, wenn zwar beiderseits Armstümpfe vorhanden sind, wenn aber auf der einen Seite der Stumpf zu kurz ist oder die Restmuskeln zu unvollkommen sind.
Die Ventilanordnung nach Fig. 4 und 5 gewährt den Vorteil, dass einzelne Muskeln genau angetastet werden können. Es ist daher durchaus möglich, Ventile nach Fig. 4 und 5, z. B. im Falle einer Kunsthand, mehrfach anzuordnen oder sie mit einer Ventilanordnung nach Fig. 2 und 3 oder 6 und 7 bzw. nach Fig. 8 - 11 zu kombinieren. Es besteht dann die Möglichkeit, nicht nur den Daumen 5 einer Kunsthand mit einem Servomotor zu versehen und somit beweglich zu machen, sondern gegebenenfalls auch noch weitere Finger der gleichen Hand. Eine Ventilanordnung nach Fig. 4 und 5 könnte ebenso auch zur Bedienung des Servomotors 7a für die Handdrehung benutzt werden.
Anstatt die Zusammenfassung von mehreren Ventilen nach Fig. 8 - 13 auf den Rücken oder an anderer Körperstelle des Trägers unterzubringen, könnten diese Steuerventile auch im Kunstglied selbst untergebracht werden. Ihre Betätigung könnte dann in beliebiger Weise, z. B. über sogenannte Bowdenzüge, erfolgen. Die Bowdenzüge würden hiebei in einer Anordnung, wie etwa nach Fig. 14, durch beliebige Körpermuskeln betätigt.
Klar dürfte ferner sein, dass in entsprechender Weise auch eine Beinprothese ausgerüstet werden könnte, z. B. durch Anordnung einer vermittels eines Servomotors bedienten Arretierung oder einer Bremse des Kniegelenkes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kunstglied, dessen Bewegung durch druckmittelbetätigte, ventilgesteuerte Servomotoren erfolgt, die im Bereich der Gelenkpunkte des Gliedes angeordnet sind, wobei die Ventile durch beliebige noch vorhandene Körpermuskeln betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Servomotor (7,7a, 7b, 10, 10a) je ein Einlass- (17,17a, 17b, 17c, 17d) und ein Auslassventil (18, 18a, 18b, 18c, 18d) zugeordnet ist, wobei mindestens das Einlassventil vermittels einer zwischen der muskelbewegten Steuervorrichtung (23,30, 42,43, 46,50, 55,61, 62) des Ventiles und diesem selbst angeordneten Abdichtungsmembrane (22) dergestalt nach Art eines Reduzierventiles ausgebildet ist, dass der Betätigungsmuskel die Wirkung einer verstellbaren Reduzierventilfeder übernimmt,
so dass der das Ventil betätigende Muskel den sich im Servomotor einstellenden Druck des Druckmittels fühlt, wodurch wahrgenommen werden kann, welche Kraft der gesteuerte Teil des Kunstgliedes ausübt.