DE102008059907A1

DE102008059907A1 - Orthopedic technical joint

Info

Publication number: DE102008059907A1
Application number: DE102008059907A
Authority: DE
Inventors: Herman Boiten; Anja Thieme; Manfred Krukenberg; Jens Nörthemann
Original assignee: Otto Bock Healthcare GmbH
Current assignee: Otto Bock Healthcare GmbH
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-10
Also published as: TW201021773A; WO2010063275A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein orthopädietechnisches Gelenk (1) mit einem proximalen Gelenkteil (2) und einem distalen Gelenkteil (3), das proximale Gelenkteil (2) ist um eine Gelenkachse (4) verschwenkbar zu dem distalen Gelenkteil (3) gelagert, zwischen dem proximalen und dem distalen Gelenkteil (2, 3) ist eine Bremseinrichtung (5) mit einander zugeordneten Reibflächen (25, 35) angeordnet, die während einer Belastungsphase ein unerwünschtes Einknicken des Gelenkes (1) verhindert und während einer Entlastungsphase ein Verschwenken ermöglicht, wobei die Gelenkachse (4) an einem Verbindungsteil (6) angeordnet ist, das über eine Steuerachse (7) verschwenkbar an dem distalen Gelenkteil (3) gelagert ist, und dass an dem proximalen Gelenkteil (2) winkelig zueinander ausgerichtete Reibflächen (25) vorgesehen sind, die in der Belastungsphase mit korrespondierend an dem distalen Gelenkteil (3) angeordneten Reibflächen (35) in Eingriff treten.The invention relates to an orthopedic joint (1) having a proximal joint part (2) and a distal joint part (3), the proximal joint part (2) being mounted pivotably about a joint axis (4) to the distal joint part (3), between the proximal joint part and the distal joint part (2, 3) a braking device (5) with mutually associated friction surfaces (25, 35) is arranged, which prevents unwanted buckling of the joint (1) during a loading phase and during a relief phase allows pivoting, the hinge axis (4) is arranged on a connecting part (6) which is mounted pivotably on the distal joint part (3) via a control axis (7), and in that on the proximal joint part (2) angularly aligned friction surfaces (25) are provided in the loading phase with correspondingly on the distal joint part (3) arranged friction surfaces (35) engage.

Description

Die Erfindung betrifft ein orthopädietechnisches Gelenk mit einem proximalen Gelenkteil und einem distalen Gelenkteil, das proximale Gelenkteil ist um eine Gelenkachse verschwenkbar zu dem distalen Gelenkteil gelagert, zwischen dem proximalen und dem distalen Gelenkteil ist eine Bremseinrichtung mit einander zugeordneten Reibflächen angeordnet, die während einer Belastungsphase ein unverwünschtes Einknicken des Gelenkes verhindert und während einer Entlastungsphase ein Verschwenken ermöglicht. Bevorzugt ist ein solches orthopädietechnisches Gelenk in Prothesenkniegelenken eingesetzt, kann aber auch in anderen orthopädietechnischen Einrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise in Orthesen oder bei Ellenbogengelenken.The The invention relates to an orthopedic joint with a proximal joint part and a distal joint part, the proximal one Joint part is pivotable about a hinge axis to the distal Jointed part, between the proximal and the distal joint part is a braking device with associated friction surfaces arranged during an exercise phase an undesirable Prevents buckling of the joint and during a relief phase allows pivoting. Preferred is such orthopedic joint used in prosthetic knee joints, But it can also be used in other orthopedic facilities be used, for example, in orthoses or elbow joints.

Aus der DE 195 11 890 C1 ist ein Prothesenbremsgelenk mit einem Gelenkoberteil, einem Gelenkunterteil und einer diese beiden Gelenkteile verschwenkbar miteinander verbindenden, drehfest mit dem Gelenkunterteil verbundenen, als Bremsachse ausgebildeten Gelenkachse beschrieben, die von einer auf ihr als Lager laufenden Bremsbuchse umschlossen ist. Die Bremsbuche ist mit einem Klemmteil verbunden, an dem das Gelenkoberteil über eine Schwenkachse derartig gelenkig gelagert ist, dass das Gelenkoberteil bei Belastung das Klemmteil und dadurch die Bremsbuchse beaufschlagt und so eine Bremswirkung auf die Gelenkachse ausübt. Wird das Prothesenbremsgelenk vertikal belastet, drückt ein Druckkolben auf ein inkompressibles Medium, das in einer kreisringförmigen Bremskammer aufgenommen ist und die Bremsachse umschließt. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Kraftübertragung auf den gesamten Durchmesser der Bremsbuchse.From the DE 195 11 890 C1 is a prosthesis brake joint with a joint upper part, a lower part of the joint and these two joint parts pivotally interconnected, rotatably connected to the lower joint part, designed as a brake axis hinge axis described, which is enclosed by a running on her camp as a brake bushing. The brake bushing is connected to a clamping part, on which the joint upper part is articulated by means of a pivot axis such that the joint upper part acts on the clamping part and thereby the brake bushing under load and thus exerts a braking effect on the joint axis. If the prosthesis brake joint is loaded vertically, a pressure piston presses on an incompressible medium, which is accommodated in an annular brake chamber and encloses the brake axis. This results in a uniform force transmission over the entire diameter of the brake bushing.

Die DE 198 10 385 A1 beschreibt ein ähnlich konstruiertes Prothesenbremsgelenk, bei dem statt eines inkompressiblen Mediums parallelachsig zu der Gelenkachse die Gelenkachse vollumfänglich umgebende Nadelrollen angeordnet sind, die einen inneren, sich auf der Gelenkachse abstützenden Nadelrollenring und einen äußeren, sich an der äußeren Mantelfläche der Ringkammer abstützenden Nadelrollenring umfassen, dessen Nadelrollen zahnartig zwischen die inneren Nadelrollen eingreifen. Durch einen am Gelenkoberteil sitzenden Schaltkeil wird bei Belastung des Gelenkoberteils eine Auseinanderdrückung zweier benachbarter innerer Nadelrollen in Umfangsrichtung der Gelenkachse bewirkt.The DE 198 10 385 A1 describes a similarly constructed prosthetic brake joint in which, instead of an incompressible medium parallel axis to the hinge axis, the hinge axis fully surrounding needle rollers are arranged, which comprise an inner, on the hinge axis supporting needle roller ring and an outer, on the outer surface of the annular chamber supporting needle roller ring Needle rollers tooth-like between the inner needle rollers engage. By sitting on the joint upper part wedge a displacement of two adjacent inner needle rollers in the circumferential direction of the hinge axis is effected under load of the joint upper part.

Alternativ zu den oben beschriebenen Bremssystemen werden Rotations- und Linearhydrauliken eingesetzt oder mit magnetorheologischen Flüssigkeiten gefüllte Scheibendämpfer verwendet, wobei diese Systeme technisch sehr aufwendig und teuer in der Herstellung sind.alternative The brake systems described above are rotary and linear hydraulic used or with magnetorheological fluids filled disc damper used, these Systems are technically very complex and expensive to manufacture.

Als weiteres Bremsprinzip arbeiten einfache mechanische Systeme nach dem Prinzip einer Trommelbremse oder mittels eines Umschlingungsprinzips. Nachteilig hieran ist zum Einen die Tatsache, dass relativ viele Einzelteile benötigt werden, zum Anderen zieht die Bremse sich aufgrund des Umschlingungsprinzips nur dann zu, wenn der benötigte Reibwert erreicht bzw. überschritten wird. Ein Rückgang unter diesen Wert führt zu einem Verlust der Bremswirkung, da ein selbsttätiges Zuziehen der Umschlingungsbremse nicht mehr bewirkt wird. Steigt der Reibwert jedoch an, wird die Bremswirkung aufgrund des Umschlingungsprinzips überproportional größer, so dass das Bremssystem zum Haken und abrupten Bremsen neigt. Hierzu reicht bereits ein geringfügiges Ansteigen des Reibwertes. Eine Variation des Reibwertes kann jedoch im täglichen Einsatz einer Prothese oder Orhese nicht verhindert werden, da beispielsweise Kosmetikschaumrückstände, Körperflüssigkeiten, unsachgemäße Verschmierung oder Verschmutzung durch Sand oder das Eintreten von Wasser den Reibwert verändern können.When Another brake principle is simple mechanical systems the principle of a drum brake or by means of a wrapping principle. The disadvantage of this is on the one hand the fact that relatively many Parts are needed, on the other hand pulls the brake due to the wrapping principle only if the required friction coefficient is reached or exceeded. A decline below this value leads to a loss of braking effect, because an automatic closing of the wrap brake is not more is done. However, if the coefficient of friction increases, the braking effect is due to of the wrapping principle disproportionately larger, so that the brake system tends to hook and abrupt braking. For this Already a slight increase in the coefficient of friction is sufficient. However, a variation in the coefficient of friction can occur in the daily Use of a prosthesis or orthosis can not be prevented because, for example Cosmetic foam residues, body fluids, improper smudging or soiling by sand or the ingress of water change the coefficient of friction can.

Ein Bremssystem, wie es oben beschrieben wurde, verhindert eine unerwünschte Verdrehung des Gelenkes in einer bestimmten Belastungssituation. Für Prothesenkniegelenke soll ein unerwünschtes Einknicken des Gelenkes in der Regel während der Standphase verhindert werden. In dieser Phase wird die Prothese und damit das Prothesenkniegelenk von dem Patienten belastet. Bis zur Einleitung der Schwungphase verhindert somit die Bremse ein unerwünschtes Einknicken des Kniegelenkes. Je nach Auslegung des Gesamtsystems des Prothesenkniegelenkes kann ein Freischalten der Bremse durch Aufbringen einer Vorfußlast oder durch das Entlasten der Prothese erfolgen, also durch Wegfall einer Axialkraft, so dass eine freie Beugung oder gegebenenfalls Streckung möglich ist.One Brake system, as described above, prevents unwanted Twisting of the joint in a specific loading situation. For prosthetic knee joints should be an undesirable Buckling of the joint usually during stance phase be prevented. In this phase, the prosthesis and thus the Prosthetic knee loaded by the patient. Until the initiation of the Swing phase thus prevents the brake an undesirable Buckling of the knee joint. Depending on the design of the overall system of the prosthetic knee joint can unlock the brake by Applying a forefoot load or by relieving the Prosthesis done, so by eliminating an axial force, so that a free bending or possibly stretching possible is.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein orthopädietechnisches Gelenk bereitzustellen, das einfach aufgebaut ist und dessen Funktion über einen weiten Veränderungsbereich des Reibwertes zwischen zwei Reibflächen aufrecht erhalten bleibt.task The present invention is an orthopedic technology To provide joint, which is simple and whose function over a wide range of variation of the coefficient of friction between two Friction surfaces is maintained.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein orthopädietechnisches Gelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt Das erfindungsgemäße orthopädietechnische Gelenk mit einem proximalen Gelenkteil und einem distalen Gelenkteil, bei dem das proximale Gelenkteil um eine Gelenkachse verschwenkbar zu dem distalen Gelenkteil gelagert ist und bei dem zwischen dem proximalen und dem distalen Gelenkteil eine Bremseinrichtung mit einander zugeordneten Reibflächen angeordnet ist, die während einer Belastungsphase ein unerwünschtes Einknicken des Gelenkes verhindert und während einer Entlastungsphase ein Verschwenken ermöglicht, sieht vor, dass die Gelenkachse an einem Verbindungsteil angeordnet ist, das über eine Steuerachse verschwenkbar an einem der Gelenkteile, beispielsweise dem distalen Gelenkteil, gelagert ist, wobei an dem proximalen Gelenkteil winklig zueinander ausgerichtete oder Reibflächen vorgesehen sind, die in der Belastungsphase mit korrespondierend an dem distalen Gelenkteil angeordneten Reibflächen in Eingriff treten. Durch die Anordnung der Gelenkachse an einem Verbindungsteil, das über eine Steuerachse verschwenkbar an dem jeweiligen Gelenkteil gelagert ist, wird ein Hebelweg bereitgestellt, über den eine Kraftverstärkung innerhalb des Bremssystems gewährleistet wird. Darüber hinaus kann durch die winklige Ausrichtung der Reibflächen zueinander oder deren gekrümmte Ausgestaltung eine weitere Kraftverstärkung erfolgen, indem mehrere Reibflächenpaare einander zugeordnet werden. Bei einer entsprechenden Auslegung der Reibwerte der Reibflächen zueinander sowie der Winkelstellung oder Krümmung der Reibflächen ist es möglich, ein selbsthemmendes Bremssystem bereitzustellen, das über einen breiten Bereich von Reibwerten eine ausreichende Bremswirkung erzielen kann. Das Verbindungsteil kann auch an dem proximalen Gelenkteil angeordnet sein. Die Reibflächen selbst können gerade, gekrümmt oder als Evolvente ausgebildet sein, das heißt, dass im Querschnitt die Reibflächen eine gerade oder gekrümmte Kontur aufweisen. Bei einer gekrümmten Ausgestaltung der Reibflächenkontur können die Krümmungsradien oder Evolventen an den jeweiligen Gelenkteilen voneinander verschieden sein. Die Reibflächen an den Gelenkteilen sind üblicherweise konzentrisch zu der Gelenkachse angeordnet, es besteht die Möglichkeit, eine sich spiralartig verändernde Charakteristik auszubilden, um in Abhängigkeit von der Position oder dem Verschwenkwinkel eine unterschiedliche Reibflächengröße bereitzustellen. Die Belastungsphase kann bei einer Ausgestaltung des Gelenkes als Kniegelenk durch eine Belastung mit dem Körpergewicht der Patienten eingeleitet werden, bei einem anderen Gelenktyp, beispielsweise einem Ellenbogengelenk, auch durch einen Aktuator.According to the invention, this object is achieved by an orthopedic joint having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are listed in the subclaims The orthopedic articular joint according to the invention with a proximal joint part and a distal joint part, wherein the proximal joint part is pivotally mounted about a hinge axis to the distal joint part and in which between the proximal and the distal joint part Braking device is arranged with mutually associated friction surfaces, which prevents undesirable buckling of the joint during a loading phase and during ei ner relief phase allows pivoting, provides that the hinge axis is arranged on a connecting part which is pivotally mounted on a control axis on one of the joint parts, for example, the distal joint part, wherein at the proximal joint part angled or friction surfaces are provided, the engage in the loading phase with correspondingly arranged on the distal joint part friction surfaces. By arranging the hinge axis on a connecting part, which is mounted pivotably via a control axis on the respective joint part, a lever travel is provided, via which a power amplification is ensured within the brake system. In addition, by the angled alignment of the friction surfaces to each other or the curved configuration of a further power amplification can be done by a plurality of friction surface pairs are assigned to each other. With a corresponding design of the coefficients of friction of the friction surfaces to each other and the angular position or curvature of the friction surfaces, it is possible to provide a self-locking brake system that can achieve a sufficient braking effect over a wide range of friction coefficients. The connecting part can also be arranged on the proximal joint part. The friction surfaces themselves can be straight, curved or involute, that is, the friction surfaces have a straight or curved contour in cross-section. In a curved configuration of the friction surface contour, the radii of curvature or involutes on the respective joint parts may be different from one another. The friction surfaces on the joint parts are usually arranged concentrically to the joint axis, it is possible to form a spiral-like characteristic to provide a different friction surface size depending on the position or the pivot angle. The loading phase can be initiated in a configuration of the joint as a knee joint by a load on the body weight of the patient, in another type of joint, such as an elbow joint, also by an actuator.

Durch eine Ausgestaltung der Reibflächen in einer keilförmigen Anordnung ist es möglich, die Reibkräfte sehr präzise einzustellen und einen Verkeilungseffekt zu nutzen, um eine Abbremsung einer Verschwenkbewegung bei Auftreten einer entsprechenden Belastung, beispielsweise beim Auftreten oder Aufstützen, zu bewirken.By an embodiment of the friction surfaces in a wedge-shaped Arrangement, it is possible, the frictional forces very set precisely and use a wedging effect, to a deceleration of a pivoting movement when a corresponding load, for example when appearing or supporting, to effect.

Die Keilwinkel der Reibflächen an dem proximalen Gelenkteil können geringfügig von dem Keilwinkel der Reibflächen an dem distalen Gelenkteil verschieden sein, so dass ein sanfter Übergang und ein sanftes Anlaufen der Bremswirkung erzielt wird. Ebenfalls kann bei einem auftretenden Verschleiß durch Vergrößerung der aufeinander liegenden Reibflächen aufgrund eines Verschleißes ein wirksames Bremsen weiterhin bereitgestellt werden.The Wedge angle of the friction surfaces on the proximal joint part may be slightly different from the wedge angle of the friction surfaces be different at the distal joint part, allowing a smooth transition and a smooth start of the braking effect is achieved. Also can occur in case of wear due to enlargement the superimposed friction surfaces due to wear Effective braking continues to be provided.

Um die wirksame Reibfläche zu vergrößern, ohne das orthopädietechnische Gelenk unnötig umfangreich auszugestalten, sind mehrere keilförmige Reibflächen axial hintereinander angeordnet, so dass mehrere keilförmige Reibflächenpaarungen entlang der Gelenkachse oder parallel dazu angeordnet sind, um auf der nahezu gesamten Länge der Gelenkachse wirksame Reibflächenpaarungen bereitstellen zu können.Around to increase the effective friction surface, without the orthopedic joint unnecessarily extensive To design, are several wedge-shaped friction surfaces arranged axially one behind the other, so that several wedge-shaped Friction surface pairings along the hinge axis or parallel arranged to be on almost the entire length the hinge axis provide effective Reibflächenpaarungen to be able to.

Die Reibflächen sind bevorzugt konzentrisch zu der Gelenkachse angeordnet, um in jeder Gelenkstellung die gleiche Bremskraft bereitstellen zu können. Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Reibflächen eine nicht konzentrische Orientierung zu der Gelenkachse aufweisen, so dass in Abhängigkeit von der Winkelstellung des proximalen Gelenkteils zu dem distalen Gelenkteil unterschiedliche große Reibflächen bereitstehen, so dass eine entsprechend veränderte Reibkraft bei gleich bleibendem Normalkraftanteil bereitgestellt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine Anpassung der Bremskraft in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Gelenkteile zueinander bereitzustellen.The Friction surfaces are preferably concentric with the hinge axis arranged to provide the same braking force in each joint position to be able to. An alternative embodiment of the invention sees before that the friction surfaces a non-concentric orientation to the hinge axis, so that depending on the angular position of the proximal joint part to the distal joint part different large friction surfaces are available so that a correspondingly changed frictional force remains the same Normal force can be provided. That way is It is possible to adjust the braking force in dependence to provide from the angular position of the joint parts to each other.

Das Verbindungselement ist bevorzugt über zwei Anschläge in seinem Verschwenkbereich eingeschränkt, um ein vollständiges Aufklappen des Gelenkes zu verhindern. Über den zweiten Anschlag kann die maximale Verschwenkbarkeit in der entgegengesetzten Richtung, also in die Verriegelungsrichtung eingestellt werden. Die Anschläge können einstellbar ausgebildet sein.The Connecting element is preferably two stops restricted in its pivoting range to a complete To prevent unfolding of the joint. About the second Stop can be the maximum pivoting in the opposite Direction, so be set in the locking direction. The stops can be designed to be adjustable.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement mit einer Kraft beaufschlagt ist, die die einander zugeordneten Reibflächen relativ zueinander bewegt, so dass bei einer Ausrichtung der Kraft dahingehend, dass die Reibflächen auseinander bewegt werden, im entlasteten Zustand des Gelenkes die Reibflächen stets voneinander entfernt sind und nicht aneinander reiben, wodurch der Verschleiß verringert wird, da im entlasteten Zustand die Reibflächen physisch vollständig voneinander getrennt sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Rückstellfeder dem Verbindungsteil zugeordnet ist, die die Reibflächen auseinander bewegt. Die Vorspannung der Feder ist bevorzugt einstellbar, um eine Anpassung an die individuellen Gegebenheiten eines Patienten zu ermöglichen. Bei anderen Anwendungsfällen kann es sinnvoll sein, das Gelenk grundsätzlich zu sperren und nur in Entlastungsphasen gezielt freizugeben. Die Vorspannkraft ist dann so ausgerichtet, dass die Reibflächen aufeinander zu bewegt werden und nur während bestimmter Situationen voneinander getrennt werden. Diese Trennung kann durch eine Aktuator oder durch die Belastungen in dem Gelenk erfolgen. Ein mögliche Anwendung für die letztbeschriebene Konstellation ist beispielsweise ein Ellenbogengelenk, das grundsätzlich gesperrt ist und nur bei Nichtbelastung entsperrt wird.A development of the invention provides that the connecting element is acted upon by a force that moves the mutually associated friction surfaces relative to each other, so that in an orientation of the force to the effect that the friction surfaces are moved apart, in the unloaded state of the joint, the friction surfaces from each other are removed and do not rub against each other, thereby reducing the wear, since in the unloaded state, the friction surfaces are physically completely separated from each other. This can be achieved, for example, by assigning a restoring spring to the connecting part which moves the friction surfaces apart. The bias of the spring is preferably adjustable to allow for adaptation to the individual circumstances of a patient. In other applications, it may be useful to lock the joint in principle and release targeted only in relief phases. The biasing force is then aligned so that the friction surfaces are moved towards each other and ge only during certain situations be separated. This separation can be done by an actuator or by the loads in the joint. A possible application for the last-described constellation is, for example, an elbow joint, which is basically locked and unlocked only when not loaded.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Reibflächen zu der Verbindungslinie zwischen der Steuerachse und der Gelenkachse beabstandet angeordnet, so dass sich eine Vergrößerung der Hebellänge ergibt, über eine Kraftverstärkung erreicht wird.A Development of the invention provides that the friction surfaces to the connecting line between the control axis and the hinge axis arranged spaced so that an increase in the Lever length results, via a force gain is reached.

An dem Gelenk kann zusätzlich ein Aktuator vorgesehen sein, über den eine Sperreinrichtung aktiviert oder deaktiviert wird. Der Aktuator kann beispielsweise als ein Elektromotor, Relais, Elektromagnet oder dergleichen ausgebildet sein und die Sperreinrichtung aus einer Sperrstellung, in der das Gelenk in seiner Position fixiert wird, in eine Entsperrstellung bewegen. In der Entsperrstellung der Sperreinrichtung können die Gelenkteile frei um die Gelenkachse verschwenken. Die Sperreinrichtung verriegelt das Gelenk bevorzugt formschlüssig, beispielsweise indem eine Verzahnung mit korrespondierend ausgebildeten Formschlusselementen in Eingriff gebracht wird. Andere Formschlusselemente sind ebenfalls möglich, beispielsweise Bolzen, Vorsprünge oder dergleichen. Die Formschlusselemente können beispielsweise in Richtung auf die Sperrstellung federbelastet sein und eine Verriegelung bewirken, wenn kein Signal an dem Aktuator anliegt. Eine Ansteuerung des Aktuators kann auf der Grundlage myoelektrischer Signale erfolgen, die an dem Patienten über Elektroden abgenommen werden. Insbesondere bei Armprothesen ist eine solche Sperreinrichtung und eine Steuerung über myoelektrisch aktivierte Aktuatoren vorteilhaft. Die Sperrung und Entsperrung kann auch über zwei oder mehr Aktuatoren erfolgen, die über separate Signale angesteuert werden.At The joint may additionally be provided with an actuator, via a blocking device is activated or deactivated. The actuator can be used, for example, as an electric motor, relay, electromagnet or the like be formed and the locking device of a Locking position in which the joint is fixed in position, move to an unlocked position. In the unlocked position of the locking device can pivot the joint parts freely around the hinge axis. The locking device locks the joint preferably positively, for example, by a toothing with correspondingly formed Positive locking elements is brought into engagement. Other positive locking elements are also possible, for example, bolts, projections or similar. The interlocking elements can, for example be spring loaded in the direction of the locking position and a lock cause when no signal is applied to the actuator. A control the actuator can be based on myoelectric signals, which are taken from the patient via electrodes. Especially with arm prostheses is such a locking device and a control over myoelectrically activated actuators advantageous. The blocking and unlocking can also over two or more actuators are made via separate signals be controlled.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten. Es zeigen:following An embodiment of the invention with reference to the accompanying Figures explained in more detail. Same reference numerals denote the same components. Show it:

1 – ein Gelenk im zusammengebauten Zustand; 1 - a joint in the assembled state;

2 bis 5 – vier Seitenansichten eines Gelenks gemäß 1; 2 to 5 - Four side views of a joint according to 1 ;

6 – eine Explosionsdarstellung eines Gelenks gemäß 1; 6 - An exploded view of a joint according to 1 ;

7 – einen Vertikalschnitt entlang der Sagittalebene; sowie 7 A vertical section along the sagittal plane; such as

8 – eine Variante der 7. 8th A variant of 7 ,

In der 1 ist einer perspektivischen Ansicht ein orthopädisches Gelenk 1 in Gestalt eines Prothesenkniegelenkes dargestellt. Das orthopädische Gelenk 1 weist ein proximales Gelenkteil 2 und ein distales Gelenkteil 3 auf, die um eine Gelenkachse 4 verschwenkbar zueinander gelagert sind. An dem proximalen Ende des proximalen Gelenkteils 2 ist ein Anschlussadapter 21 angeordnet, an dem distalen Ende des distalen Gelenkteils 3 ist ebenfalls ein Anschlussadapter 31 angeordnet, um weitere orthopädische oder prothetische Komponenten an dem Gelenk 1 befestigen zu können. An dem Gelenk 1 ist eine Bremseinrichtung 5 ausgebildet, die mehrere, einander zugeordnete Bremsflächen 25, 35 aufweist, wobei am proximalen Gelenkteil 2 eine Anzahl erster Bremsflächen 25 angeordnet sind, während am distalen Gelenkteil 3 die korrespondierenden Bremsflächen 35 angeordnet sind. Wird eine Druckkraft über die Anschlussadapter 21, 31 auf das Gelenk 1 ausgeübt, greifen die Bremsflächen 25, 35 ineinander und verhindern eine Drehung des proximalen Gelenkteils 2 relativ zu dem distalen Gelenkteil 3. Auf diese Art und Weise wird beispielsweise während des Stehens oder während der Standphase das Gelenk 1 blockiert, so dass es nicht einknickt.In the 1 is a perspective view of an orthopedic joint 1 represented in the form of a prosthetic knee joint. The orthopedic joint 1 has a proximal joint part 2 and a distal joint part 3 on, around a hinge axis 4 are mounted pivotally to each other. At the proximal end of the proximal joint part 2 is a connection adapter 21 arranged at the distal end of the distal joint part 3 is also a connection adapter 31 arranged to add more orthopedic or prosthetic components to the joint 1 to be able to fasten. At the joint 1 is a braking device 5 formed, the plurality of mutually associated braking surfaces 25 . 35 having, wherein at the proximal joint part 2 a number of first braking surfaces 25 are arranged while on the distal joint part 3 the corresponding braking surfaces 35 are arranged. Will a compressive force on the connection adapter 21 . 31 on the joint 1 exercised, grip the braking surfaces 25 . 35 into each other and prevent rotation of the proximal joint part 2 relative to the distal joint part 3 , In this way, for example, during standing or during the stance phase, the joint 1 blocked, so it does not buckle.

Die Gelenkachse 4, um die die Gelenkteile 2, 3 relativ zueinander verschwenken, ist an einem Verbindungsteil 6 gelagert, das aus zwei Lagerscheiben besteht, die medial und lateral an dem Gelenk 1 angeordnet sind. Die Lagerscheiben 6 sind um eine Steuerachse 7 verschwenkbar an dem distalen Gelenkteil 3 gelagert und ermöglichen eine Relativbewegung der Bremsflächen 25, 35 zueinander in der Art und Weise, dass die Bremsflächen 25 außer Eingriff mit den Bremsflächen 35 treten können, wenn keine Druckbelastung des Gelenkes 1 vorliegt.The hinge axis 4 to the the joint parts 2 . 3 pivot relative to each other is at a connecting part 6 stored, which consists of two bearing discs, the medial and lateral to the joint 1 are arranged. The bearing washers 6 are about a tax axis 7 pivotable on the distal joint part 3 stored and allow a relative movement of the braking surfaces 25 . 35 to each other in the way that the braking surfaces 25 out of engagement with the braking surfaces 35 can occur when no pressure load of the joint 1 is present.

In den 2 bis 5 sind vier Seitenansichten des Gelenkes 1 gemäß 1 dargestellt. In 2 ist zu erkennen, dass der Mittelpunkt der Gelenkachse 4 dorsal zu der Steuerachse 7 angeordnet ist, so dass bei einer vertikal ausgerichteten Belastung auf das proximale Gelenkteil 2 eine Verdrehung des Verbindungsteils 6 in Uhrzeigerrichtung stattfindet, bis die Bremsflächen 25 des proximalen Gelenkteils mit den Bremsflächen 35 des distalen Gelenkteils 3 in Eingriff treten.In the 2 to 5 are four side views of the joint 1 according to 1 shown. In 2 It can be seen that the center of the joint axis 4 dorsal to the control axis 7 is arranged, so that when a vertically oriented load on the proximal joint part 2 a rotation of the connecting part 6 in the clockwise direction until the braking surfaces 25 of the proximal joint part with the braking surfaces 35 of the distal joint part 3 engage.

3 zeigt das Gelenk 1 in Frontalansicht, in der eine Schraube 10 zur Begrenzung des Verschwenkwinkels in Frontalrichtung zu erkennen ist. Die Funktionsweise des Anschlages 10 wird weiter unten erklärt werden. 3 shows the joint 1 in frontal view, in which a screw 10 to recognize the limitation of the pivoting angle in the frontal direction. The operation of the stop 10 will be explained below.

5 zeigt eine Rückansicht des Gelenks 1, in der eine Einstellschraube 9 zu erkennen ist, über die eine Federvorspannung eingestellt werden kann. Die nicht dargestellte Feder drückt das proximale Gelenkteil 2 von dem distalen Gelenkteil 3 weg, so dass in der 4 eine Verschwenkung des Verbindungsteils 6 in Uhrzeigerrichtung stattfinden würde. Der Verschwenkwinkel würde über die Einstellschraube 10 begrenzt werden. Ebenfalls ist in der 5 zu erkennen, dass eine Vielzahl von Bremsflächen 25, 35 keilförmig zueinander ausgerichtet sind, wobei insgesamt vier Bremsflächenpaare 25 in einer A-förmigen Ausgestaltung nebeneinander, also in Axialrichtung hintereinander an dem proximalen Gelenkteil 2 angeordnet sind. Die einander gegenüberliegenden Bremsflächen 25 bilden zueinander einen Schrägwinkel a. Ebenfalls ist zu erkennen, dass korrespondierende Bremsflächen 35 in eine V-förmige Anordnung ebenfalls nebeneinander bzw. axial hintereinander an dem distalen Gelenkteil 3 in einem Bremsblock 30 angeordnet sind. Der Schrägwinkel β der einander gegenüberliegenden Bremsflächen 35 kann entweder dem Schrägwinkel a der Bremsflächen 25 entsprechen oder geringfügig abweichen, um ein sanftes Einlaufen sowie ein automatisches Nachstellen der Bremsflächen bei einem auftretenden Verschleiß zu ermöglichen. 5 shows a rear view of the joint 1 in which an adjusting screw 9 can be seen, via which a spring preload can be adjusted. The spring, not shown, presses the proximal joint part 2 from the distal joint part 3 away, so in the 4 a pivoting of the connecting part 6 would take place in a clockwise direction. The pivoting angle would be over the adjusting screw 10 be limited. Also in the 5 to recognize that a variety of braking surfaces 25 . 35 are aligned wedge-shaped with each other, wherein a total of four pairs of brake surfaces 25 in an A-shaped configuration next to each other, ie in the axial direction one behind the other at the proximal joint part 2 are arranged. The opposing braking surfaces 25 form a skew angle a to each other. It can also be seen that corresponding braking surfaces 35 in a V-shaped arrangement also side by side or axially one behind the other at the distal joint part 3 in a brake block 30 are arranged. The oblique angle β of the opposing braking surfaces 35 can either the skew angle a of the braking surfaces 25 correspond to or slightly deviate to allow a smooth shrinkage and an automatic readjustment of the braking surfaces in the event of wear.

In der 6 ist in einer Explosionsdarstellung das Gelenk 1 dargestellt. Die Befestigungsadapter 21, 31 der proximalen und distalen Gelenkteile 2, 3 können entfernt werden. Das proximale Gelenkteil 2 ist einstückig ausgebildet, wobei die Bremsflächen 25 als Kreissegment mit winklig zueinander angeordneten Bremsflächen ausgebildet sind. Ebenfalls ist in dem proximalen Gelenkteil 2 eine Bohrung 24 zur Aufnahme eines Schwenkzapfens 40 ausgebildet, der durch die Bohrung 24 hindurch gesteckt wird, damit das proximale Gelenkteil 2 um den Schwenkzapfen 40, der koaxial zu der Schwenkachse 4 verläuft, verschwenkt werden kann. Der Schwenkzapfen 40 ist an dem Verbindungsteil 6 befestigt und ragt durch das proximale Gelenkteil 2 hindurch, so dass der Schwenkzapfen 40 beiderseits der Bohrung 24 von den Lagerscheiben 6 geführt wird. Die beidseitig neben den Gelenkteilen 2, 3 angeordneten Verbindungsteile 6 sind ihrerseits schwenkbar um eine Schwenkachse 7 an dem distalen Gelenkteil 3 angeordnet und werden in dem distalen Gelenkteil 3 über einen Steuerzapfen 70 gelagert.In the 6 is the joint in an exploded view 1 shown. The mounting adapters 21 . 31 the proximal and distal joint parts 2 . 3 can be removed. The proximal joint part 2 is integrally formed, wherein the braking surfaces 25 are formed as a circle segment with angularly mutually arranged braking surfaces. Also in the proximal joint part 2 a hole 24 for receiving a pivot pin 40 formed by the hole 24 is inserted through it, so that the proximal joint part 2 around the pivot 40 that is coaxial with the pivot axis 4 runs, can be pivoted. The pivot pin 40 is at the connecting part 6 attached and protrudes through the proximal joint part 2 through, leaving the pivot pin 40 on both sides of the hole 24 from the bearing discs 6 to be led. The two sides next to the joint parts 2 . 3 arranged connecting parts 6 in turn are pivotable about a pivot axis 7 at the distal joint part 3 are arranged and in the distal joint part 3 via a control pin 70 stored.

An dem distalen Gelenkteil 3 ist der Bremsblock 30 über zwei Schrauben 32 auswechselbar befestigt, um beispielsweise bei einem Verschleiß der Bremsflächen 35, die als Nuten ausgeführt sind, einen einfachen Austausch durchführen zu können.At the distal joint part 3 is the brake block 30 about two screws 32 mounted replaceable, for example, at a wear of the braking surfaces 35 , which are designed as grooves to perform a simple exchange.

Damit das proximale Gelenkteil 2 nicht unkontrolliert nach vorne um die Steuerachse 7 verschwenkt werden kann, ist ein Zapfen 60 vorgesehen, der parallel zu der Steuerachse 7 und der Gelenkachse 4 zwischen beiden verläuft und eine Bohrung innerhalb des distalen Gelenkteils 3 durchragt. Innerhalb der Bohrung werden zwei Endanschläge 61, 62 bereitgestellt, die den maximalen Verschwenkwinkel der Verbindungsteile 6 und damit auch der Gelenkachse 4 definieren. Auf den Zapfen 60 wirkt eine Druckfeder 8, die innerhalb einer Bohrung in dem distalen Gelenkteil 3 gelagert ist und deren Federvorspannung über die Madenschraube 9 eingestellt werden kann. Je nach Ausgestaltung der Feder 8 kann diese auch einen Endanschlag bilden, wenn die Vorspannung so groß ist, dass die Blocklänge der Druckfeder 8 erreicht wird. Durch die Vorspannung bewirkt die Druckfeder 8, dass der Zapfen 60 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Steuerachse 7 mit einer Rückstellkraft in Richtung auf einen unbelasteten Zustand beaufschlagt wird, so dass die Tendenz besteht, dass die Verbindungsteile 6 sich um die Steuerachse 7 in Frontalrichtung verschwenkt, so dass bei einem nicht belasteten Gelenk 1 die Bremsflächen 25 des proximalen Gelenkteils 2 außer Eingriff mit den distalen Bremsflächen 35 treten und eine im Wesentlichen ungebremste Verschwenkung des distalen Gelenkteils 3 relativ zu dem proximalen Gelenkteil 2 um die Gelenkachse 4 erfolgen kann. So kann bei einem unbelasteten Gelenk, also wenn keine Vertikallast aufgebracht wird, ohne ein Bremskontakt das Gelenk 1 gebeugt oder gestreckt werden, beispielsweise um sich hinzusetzen oder aufzustehen. Auch im angehobenen Zustand, wenn das Gelenk 1 als Kniegelenk ausgebildet ist, kann sowohl in Extensionsrichtung als auch in Flexionsrichtung ein freies Verschwenken erfolgen. Erst bei einer Vertikalbelastung treten die Bremsflächen 25, 35 wieder in Eingriff und bremsen eine Verdrehbewegung, vorzugsweise eine Flexionsbewegung.So that the proximal joint part 2 not uncontrolled forward around the control axis 7 can be pivoted, is a pin 60 provided, which is parallel to the control axis 7 and the hinge axis 4 between the two runs and a bore within the distal joint part 3 projects through. Inside the hole will be two end stops 61 . 62 provided that the maximum pivot angle of the connecting parts 6 and thus also the joint axis 4 define. On the cones 60 acts a compression spring 8th located within a bore in the distal joint part 3 is stored and their spring preload on the grub screw 9 can be adjusted. Depending on the design of the spring 8th this can also form an end stop when the preload is so great that the block length of the compression spring 8th is reached. Due to the bias causes the compression spring 8th that the pin 60 counterclockwise around the control axis 7 is applied with a restoring force in the direction of an unloaded state, so that there is a tendency that the connecting parts 6 about the tax axis 7 pivoted in the frontal direction, so that when a non-loaded joint 1 the braking surfaces 25 of the proximal joint part 2 out of engagement with the distal braking surfaces 35 occur and a substantially unrestrained pivoting of the distal joint part 3 relative to the proximal joint part 2 around the hinge axis 4 can be done. Thus, in an unloaded joint, so if no vertical load is applied, without a brake contact the joint 1 bent or stretched, for example, to sit down or stand up. Also in the raised state, when the joint 1 is designed as a knee joint, a free pivoting can take place both in the extension direction and in the direction of flexion. Only with a vertical load, the braking surfaces occur 25 . 35 again engaged and brake a twisting movement, preferably a flexion movement.

In der 7, die eine Seitenansicht gemäß 2 ohne Verbindungsteil 6 darstellt, ist zum einen die Befestigung des Bremsblocks 30 über die Schrauben 32 gut zu erkennen. Ebenfalls ist zu erkennen, dass der Zapfen 60 innerhalb eines konzentrisch um die Steuerachse 7 verlaufenden Schlitzes geführt ist, dessen Ende den frontalen Anschlag 61 ausbildet. Die Einstellschraube 10 bildet den momentanen Anschlag in Frontalrichtung und kann die Stellung der Verbindungslinie zwischen der Steuerachse 7 und der Schwenkachse 4 verändern. Durch diesen Anschlag 10 ist es möglich, den Abstand d zwischen der Verbindungslinie der Steuerachse und der Gelenkachse und den Reibflächen 35 des Bremsblockes 30 zu variieren, wobei über diesen Abstand d das wirksame Bremsmoment variiert werden kann. Ebenfalls ist es möglich, durch eine Vergrößerung der Bremsflächen des Bremsblockes 30 eine Anpassung an die jeweiligen Wünsche oder Patientendaten vornehmen zu können.In the 7 which is a side view according to 2 without connecting part 6 represents, on the one hand, the attachment of the brake block 30 over the screws 32 clearly visible. It can also be seen that the pin 60 within a concentric around the control axis 7 extending slot, whose end is the frontal stop 61 formed. The adjusting screw 10 forms the current stop in the frontal direction and can the position of the connecting line between the control axis 7 and the pivot axis 4 change. Through this stop 10 it is possible, the distance d between the connecting line of the control axis and the hinge axis and the friction surfaces 35 of the brake block 30 to vary, over this distance d, the effective braking torque can be varied. It is also possible by increasing the braking surfaces of the brake block 30 to make an adjustment to the respective wishes or patient data.

In der 8 ist eine Variante der Ausgestaltung gemäß 7 dargestellt. Zusätzlich zu dem durch die Einstellschraube 10 gebildeten Anschlag ist es in der Variante gemäß 8 vorgesehen, dass ein Aktuator 50 in der Gelenkeinrichtung angeordnet ist, mit dem es möglich ist, über einen Stempel 51 und einen Stempelkopf 52 auf den Zapfen 60 einzuwirken. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, den Zapfen 60 in Uhrzeigerrichtung um die Steuerachse 7 zu bewegen, so dass das Verbindungsteil zusammen mit den um die Gelenkachse 4 schwenkbar gelagerten Bremsflächen 25 in Richtung auf den Bremsblock 30 verlagert wird. Diese Verlagerungsrichtung ist durch den Pfeil in dem Stempel 51 dargestellt. Wird der Aktuator 50 betätigt, werden die Bremsflächen 25 auf die korrespondierenden Reibflächen 35 des Bremsblockes 30 gedrückt, so dass das Gelenk insgesamt verriegelt wird. Wird der Aktuator so gelöst, kann über eine Federbelastung, beispielsweise über die Druckfeder 8, eine umgekehrte Bewegung eingeleitet werden, so dass das Gelenk frei beweglich ist. Durch den Aktuator 50 ist es möglich, das Gelenk zu sperren, beispielsweise auf Grundlage myoelektrischer Signale oder anderer Sensorsignale.In the 8th is a variant of the embodiment according to 7 shown. In addition to that through the adjusting screw 10 formed stop it is in the variant according to 8th provided that an actuator 50 is arranged in the hinge device, with which it is possible via a stamp 51 and a stamp head 52 on the cones 60 act. In the illustrated embodiment, it is possible the pin 60 clockwise about the control axis 7 to move so that the connecting part together with those around the hinge axis 4 pivotally mounted braking surfaces 25 in the direction of the brake block 30 is relocated. This direction of displacement is indicated by the arrow in the stamp 51 shown. Will the actuator 50 pressed, the braking surfaces 25 on the corresponding friction surfaces 35 of the brake block 30 pressed so that the joint is locked in total. If the actuator is so solved, can via a spring load, for example via the compression spring 8th , a reverse movement are initiated, so that the joint is freely movable. Through the actuator 50 it is possible to lock the joint, for example based on myoelectric signals or other sensor signals.

Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der Aktuator 50 auch eine gegenläufige Bewegung initiiert, so dass die Reibflächen 25 von dem Bremsblock 30 entfernt werden, so dass das Gelenk aktiv entsperrt wird.Basically, it is also possible that the actuator 50 also initiates an opposite movement, so that the friction surfaces 25 from the brake block 30 be removed so that the joint is actively unlocked.

Grundsätzlich können die Ausgestaltungen der Reibflächen an den distalen und proximalen Gelenkteilen ausgetauscht werden. Das Verbindungsteil kann auch an dem proximalen Gelenkteil angeordnet sein. Andere Anwendungsgebiete neben dem der Prothesenkniegelenke sind ebenfalls möglich und vorgesehen, beispielsweise in Armprothesen.in principle can the embodiments of the friction surfaces the distal and proximal joint parts are exchanged. The Connecting part can also be arranged on the proximal joint part. Other areas of application besides the prosthetic knee joints are also possible and intended, for example in arm prostheses.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19511890 C [0002]
- DE 19810385 A1 [0003]

Claims

Orthopedic technical joint ( 1 ) with a proximal joint part ( 2 ) and a distal joint part ( 3 ), the proximal joint part ( 2 ) is about a hinge axis ( 4 ) pivotable to the distal joint part ( 3 ), between the proximal and the distal joint part ( 2 . 3 ) is a braking device ( 5 ) with mutually associated friction surfaces ( 25 . 35 ), which during an exercise phase undesirable buckling of the joint ( 1 ) and during a relief phase allows pivoting, characterized in that the hinge axis ( 4 ) at a connecting part ( 6 ) is arranged, which via a control axis ( 7 ) pivotable on one of the joint parts ( 3 ) and that on the distal joint part ( 2 ) angularly aligned or curved friction surfaces ( 25 ) are provided, which in the loading phase with corresponding to the proximal joint part ( 3 ) arranged friction surfaces ( 35 ) engage.

Joint according to claim 1, characterized in that the friction surfaces ( 25 . 35 ) are wedge-shaped.

Joint according to claim 2, characterized in that the wedge angle (a) of the friction surfaces ( 25 ) on the proximal joint part ( 2 ) slightly from the wedge angle (β) of the friction surfaces ( 35 ) of the distal joint part ( 3 ) is different.

Joint according to claim 2 or 3, characterized in that a plurality of wedge-shaped friction surfaces ( 25 . 35 ) are arranged axially one behind the other.

Joint according to one of the preceding claims, characterized in that the friction surfaces ( 25 . 35 ) concentric with the hinge axis ( 4 ) are arranged.

Joint according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting part ( 6 ) over two stops ( 8th . 10 ; 61 . 62 ) is restricted in its pivoting range.

Joint according to claim 6, characterized in that at least one stop ( 8th . 10 ) is adjustable.

Joint according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting part ( 6 ) is acted upon by a force that the friction surfaces ( 25 . 35 ) moves relative to each other.

Joint according to claim 8, characterized in that a return spring ( 8th ) the connecting part ( 6 ) is assigned, whose bias is adjustable.

Joint according to one of the preceding claims, characterized in that the friction surfaces ( 25 . 35 ) to the connecting line between the control axis ( 7 ) and the hinge axis ( 4 ) are arranged at a distance.

Joint according to one of the preceding claims, characterized in that a locking device is provided, which is provided with an actuator ( 50 ) is coupled and the locking device displaced from a blocking position to an unlocked position and vice versa.