DE102020102843A1

DE102020102843A1 - Finger module, finger prosthesis, hand prosthesis and manufacturing method for the finger module

Info

Publication number: DE102020102843A1
Application number: DE102020102843.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Kurz; Harold Schreiber
Original assignee: HOCHSCHULE KOBLENZ
Current assignee: HOCHSCHULE KOBLENZ
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2040-02-06
Also published as: DE102020102843B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fingermodul (100) für eine Fingerprothese (200) mit einem sich um eine zentrale Mittelabschnittsachse (MAA) länglich erstreckenden Mittelabschnitt (120) zum funktionalen Ersatz eines intermediären Fingergliedes eines Fingers, einem sich um eine zentrale Vorderabschnittsachse (VAA) länglich erstreckenden Vorderabschnitt (110) zum funktionalen Ersatz eines distalen Fingergliedes des Fingers und einem Biegeabschnitt (130), wobei der Biegeabschnitt (130) eine zu der Mittelabschnittsachse (MAA) orthogonale Vorderseite des Mittelabschnitts (120) mit einer zu der Vorderabschnittsachse (VAA) orthogonalen Rückseite des Vorderabschnitts (110) verbindet, und wobei die Vorderabschnittsachse (VAA) relativ zu der Mittelabschnittsachse (MAA) mit einem Anstellwinkel (a) auf eine Handflächenseite (101) des Fingermoduls (100) zu angestellt ist, wobei der Anstellwinkel (a) in einem lastfreien Ruhezustand des Fingermoduls (100) einem Ruhewinkel (α0) von 0° bis 60° entspricht. Der Biegeabschnitt (130) ist zur elastischen Rückstellung des Anstellwinkels (a) auf den Ruhewinkel (α0) zumindest bei einer Verringerung des Anstellwinkels (a) gegenüber dem Ruhewinkel (α0) um 0° bis 10°ausgestaltet. Die Erfindung betrifft ferner eine Fingerprothese (200) mit dem Fingermodul (100), eine Handprothese (300) mit dem Fingermodul (100) und ein Herstellungsverfahren für das Fingermodul (100).The invention relates to a finger module (100) for a finger prosthesis (200) with a central section (120) elongated around a central central section axis (MAA) for the functional replacement of an intermediate phalanx of a finger, one extending elongated around a central front section axis (VAA) Front section (110) for the functional replacement of a distal phalanx of the finger and a bending section (130), wherein the bending section (130) has a front side of the middle section (120) which is orthogonal to the middle section axis (MAA) and a rear side of the middle section (120) which is orthogonal to the front section axis (VAA) Front section (110) connects, and wherein the front section axis (VAA) is set relative to the middle section axis (MAA) with an angle of incidence (a) towards a palm side (101) of the finger module (100), the angle of incidence (a) in a load-free Rest state of the finger module (100) corresponds to an angle of rest (α0) of 0 ° to 60 °. The bending section (130) is designed for the elastic return of the angle of attack (a) to the angle of repose (α0) at least when the angle of attack (a) is reduced by 0 ° to 10 ° compared to the angle of repose (α0). The invention also relates to a finger prosthesis (200) with the finger module (100), a hand prosthesis (300) with the finger module (100) and a manufacturing method for the finger module (100).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Fingermodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Fingerprothese mit dem Fingermodul, eine Handprothese mit der Fingerprothese und ein Herstellungsverfahren für das Fingermodul.The invention relates to a finger module according to the preamble of claim 1, a finger prosthesis with the finger module, a hand prosthesis with the finger prosthesis and a manufacturing method for the finger module.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Handprothesen bekannt, die jedoch in der Regel entweder den Funktionsumfang einer natürlichen Hand nur unzureichend ersetzen können, oder sehr komplex aufgebaut und entsprechend teuer und fehleranfällig sind.A wide variety of hand prostheses are known from the prior art, but as a rule either can only insufficiently replace the functional scope of a natural hand or are very complex and correspondingly expensive and prone to errors.

Die Patentanmeldung DE102008056520A1 beschreibt ein zweigliedriges Fingerelement, das auch als Einzelfingerprothese einsetzbar ist und in seiner aktiven und passiven Funktion sowie in seinen Abmessungen einem natürlichen Finger nahe kommt. Durch die zweigliedrige Ausgestaltung wird ein relativ einfacher Aufbau erreicht, jedoch können Gegenstände weniger sicher gegriffen werden als mit dreigliedrigen Fingern. Die Fingerglieder sind durch Scharniergelenke und außenliegende Antriebsstangen miteinander verbunden, woraus sich die Gefahr ergibt, dass Fremdkörper eindringen oder gequetscht werden. Daher kann das Fingerelement nur mit einem Schutzhandschuh verwendet werden.The patent application DE102008056520A1 describes a two-part finger element that can also be used as a single finger prosthesis and, in its active and passive function and in its dimensions, comes close to a natural finger. The two-part design achieves a relatively simple structure, but objects can be gripped less securely than with three-part fingers. The phalanges are connected to one another by hinge joints and external drive rods, which creates the risk of foreign bodies penetrating or being crushed. Therefore, the finger element can only be used with a protective glove.

Die Patentanmeldung DE102013111161A1 beschreibt eine Handprothese, bei der das distale Fingerglied passiv beweglich an dem intermedialen Fingerglied angebracht ist und eine flektierte Grundstellung aufweist, und wobei zwischen dem intermediären und dem distalen Fingerglied ein Rückstellelement angeordnet ist, durch das beim Ergreifen eines Gegenstandes das distale Fingerglied gegen die Kraft des Rückstellelements streckbar ist. Dadurch wird das Ergreifen kleiner Gegenstände vereinfacht. Auch hier sind Scharniergelenke und Rückstellelemente zwischen den Fingergliedern frei zugänglich, woraus sich die Gefahr ergibt, dass Fremdkörper eindringen oder gequetscht werden. Daher kann die Handprothese nur mit einem Schutzhandschuh verwendet werden.The patent application DE102013111161A1 describes a hand prosthesis in which the distal phalanx is passively movably attached to the intermediate phalanx and has a flexed basic position, and wherein a restoring element is arranged between the intermediate and distal phalanx, through which the distal phalanx against the force of the when gripping an object Resetting element is stretchable. This makes it easier to grasp small objects. Here, too, the hinge joints and restoring elements between the phalanxes are freely accessible, which results in the risk of foreign bodies penetrating or being squeezed. Therefore, the hand prosthesis can only be used with a protective glove.

Technische AufgabeTechnical task

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach und kostengünstig herstellbare Handprothese zu schaffen, die zuverlässig, einfach und sicher verwendet werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges und schnelles Herstellungsverfahren für eine solche Handprothese zu schaffen.One object of the invention is to create a hand prosthesis that can be produced simply and inexpensively and that can be used reliably, simply and safely. Another object of the invention is to create a cost-effective and rapid manufacturing method for such a hand prosthesis.

Technische LösungTechnical solution

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt ein Fingermodul gemäß Anspruch 1 bereit, das die technische Aufgabe löst. Ebenso wird die Aufgabe durch eine Fingerprothese gemäß Anspruch 10, eine Handprothese gemäß Anspruch 14 und ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The subject matter of the present invention provides a finger module according to claim 1 which solves the technical problem. The object is also achieved by a finger prosthesis according to claim 10, a hand prosthesis according to claim 14 and a manufacturing method according to claim 15. Advantageous refinements result from the dependent claims.

Beschreibung der AusführungsartenDescription of the types of execution

Die Erfindung betrifft ein Fingermodul für eine Fingerprothese. Das Fingermodul umfasst einen sich um eine zentrale Mittelabschnittsachse länglich erstreckenden Mittelabschnitt zum funktionalen Ersatz eines intermediären Fingergliedes eines Fingers, insbesondere eines menschlichen Fingers. Unter funktionalem Ersatz wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass der Mittelabschnitt dazu ausgelegt ist, eine Funktion des Fingers, insbesondere eine Greiffunktion, zu ersetzen. Vorzugsweise ersetzt der Mittelabschnitt auch ein Aussehen des intermediären Fingergliedes zumindest näherungsweise.The invention relates to a finger module for a finger prosthesis. The finger module comprises a central section extending in an elongated manner around a central central section axis for the functional replacement of an intermediate finger phalanx of a finger, in particular a human finger. In the context of the invention, functional replacement is understood to mean that the central section is designed to replace a function of the finger, in particular a gripping function. Preferably, the middle section also at least approximately replaces an appearance of the intermediate phalanx.

Im Sinne der Erfindung wird auch ein Daumen als Finger bezeichnet.In the context of the invention, a thumb is also referred to as a finger.

Ein sich um eine Achse länglich erstreckender Körper hat entlang dieser Achse eine größere Ausdehnung als senkrecht dazu. Der Körper kann beispielsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Achse, insbesondere im Wesentlichen zylindrisch geformt, sein.A body elongated about an axis has a greater extent along this axis than perpendicular to it. The body can, for example, be essentially rotationally symmetrical to the axis, in particular be essentially cylindrical in shape.

Das Fingermodul umfasst einen sich um eine zentrale Vorderabschnittsachse länglich erstreckenden Vorderabschnitt zum funktionalen Ersatz eines distalen Fingergliedes des Fingers.The finger module comprises a front section extending longitudinally around a central front section axis for the functional replacement of a distal phalanx of the finger.

Das Fingermodul umfasst einen Biegeabschnitt, wobei der Biegeabschnitt eine zu der Mittelabschnittsachse orthogonale Vorderseite des Mittelabschnitts mit einer zu der Vorderabschnittsachse orthogonalen Rückseite des Vorderabschnitts, insbesondere stoffschlüssig, verbindet. Wenn der Mittelabschnitt und der Vorderabschnitt beispielsweise jeweils im Wesentlichen zylindrisch geformt sind, verbindet der Biegeabschnitt eine Stirnseite des Mittelabschnitts mit einer Stirnseite des Vorderabschnitts.The finger module comprises a bending section, wherein the bending section connects a front side of the middle section that is orthogonal to the middle section axis to a rear side of the front section that is orthogonal to the front section axis, in particular in a materially bonded manner. If the middle section and the front section are each essentially cylindrical in shape, for example, the bending section connects an end face of the middle section to an end face of the front section.

Eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise in der Verklebung oder Verschweißung, hat den Vorteil, dass sie eine gleichmäßige Lastverteilung über die jeweiligen Verbindungsflächen bewirkt, was insbesondere im Zusammenhang mit elastisch verformbaren Materialien von Bedeutung ist, um lokale Materialüberlastungen zu vermeiden.A material connection, for example in the gluing or welding, has the advantage that it effects a uniform load distribution over the respective connection surfaces, which is particularly important in connection with elastically deformable materials in order to avoid local material overloads.

Mit Bezug auf einen zu ersetzenden Finger befindet sich der Biegeabschnitt in etwa an der Position des vorderen Fingergelenks.With respect to a finger to be replaced, the bending portion is located approximately at the position of the anterior finger joint.

Die Vorderabschnittsachse ist relativ zu der Mittelabschnittsachse mit einem Anstellwinkel auf eine Handflächenseite des Fingermoduls zu angestellt, wobei der Anstellwinkel in einem lastfreien Ruhezustand des Fingermoduls einem Ruhewinkel von 0° bis 60° entspricht, wobei der Ruhewinkel bevorzugt von 5° bis 45°, besonders bevorzugt von 15° bis 35°, meist bevorzugt von 20° bis 30°, beträgt.The front section axis is inclined relative to the central section axis with an angle of inclination towards the palm side of the finger module, the inclination angle in a load-free resting state of the finger module corresponding to an angle of repose of 0 ° to 60 °, the angle of repose preferably from 5 ° to 45 °, particularly preferred from 15 ° to 35 °, most preferably from 20 ° to 30 °.

Als Handflächenseite wird im Sinne der Erfindung die Seite bezeichnet, die sich bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Fingermoduls in einer Fingerprothese an einer Hand auf der Handflächenseite dieser Hand befindet.For the purposes of the invention, the palm side is the side that is located on the palm side of this hand when the finger module is used as intended in a finger prosthesis on a hand.

Für die Verwendung des Fingermoduls zum einfachen und sicheren Ergreifen von Gegenständen hat sich ein angestellter Ruhezustand, insbesondere in den genannten Winkelbereichen, als besonders vorteilhaft erwiesen.For the use of the finger module for the simple and safe gripping of objects, an engaged state of rest, in particular in the aforementioned angular ranges, has proven to be particularly advantageous.

Der Biegeabschnitt ist zur elastischen Rückstellung des Anstellwinkels auf den Ruhewinkel zumindest bei einer Verringerung des Anstellwinkels gegenüber dem Ruhewinkel um 0° bis 10°ausgestaltet. Bei einer solchen Verringerung erfährt der Biegeabschnitt also eine elastische Verformung durch mechanische Belastung und kehrt bei Wegfall der Belastung selbsttätig in den Ruhezustand zurück.The bending section is designed for the elastic return of the angle of attack to the angle of repose, at least when the angle of attack is reduced by 0 ° to 10 ° compared to the angle of repose. With such a reduction, the bending section experiences elastic deformation as a result of mechanical loading and automatically returns to the idle state when the loading is removed.

Daraus ergibt sich der Vorteil, dass sich der Vorderabschnitt beim Ergreifen eines Gegenstandes mit dem Fingermodul durch die elastische Verformung des Biegeabschnitts an den Gegenstand anlegt, sodass dieser sicher gehalten werden kann. Dazu ist im Gegensatz zu Lösungen aus dem Stand der Technik kein aktiver Antrieb des Vorderabschnitts notwendig, sodass das Fingermodul besonders einfach aufgebaut sein und kostengünstig hergestellt werden kann.This results in the advantage that when an object is gripped with the finger module, the elastic deformation of the bending section causes the front section to come into contact with the object, so that it can be held securely. For this purpose, in contrast to solutions from the prior art, no active drive of the front section is necessary, so that the finger module can be constructed in a particularly simple manner and can be manufactured inexpensively.

Der Biegeabschnitt ist vorzugsweise zur elastischen Rückstellung des Anstellwinkels auf den Ruhewinkel zumindest bei einer Verringerung des Anstellwinkels gegenüber dem Ruhewinkel um 0° bis 20°, bevorzugt um 0° bis 30°, ausgestaltet. Für ein einfaches und sicheres Ergreifen von Gegenständen hat sich eine elastische Rückstellung in den genannten Winkelbereichen als besonders vorteilhaft erwiesen.The bending section is preferably designed for the elastic return of the angle of attack to the angle of repose, at least when the angle of attack is reduced by 0 ° to 20 °, preferably by 0 ° to 30 °, compared to the angle of repose. For a simple and safe gripping of objects, an elastic return in the aforementioned angular ranges has proven to be particularly advantageous.

Der Biegeabschnitt ist vorzugsweise zur Begrenzung des Anstellwinkels an einem Minimalwinkel ausgelegt, wobei der der Minimalwinkel von -10° bis +15°, bevorzugt von -5° bis +10°, besonders bevorzugt von 0° bis +5°, beträgt. Durch die Begrenzung des Anstellwinkels kann der Anstellwinkel zumindest bis zu einem mit bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Fingermoduls maximal auftretenden Maximal-Biegemoment nicht über den Minimalwinkel hinaus verringert werden. Dadurch wird verhindert, dass sich das Fingermodul unkontrolliert aufbiegt, wodurch eine sicheres Ergreifen von Gegenständen mit dem Fingermodul erschwert würde.The bending section is preferably designed to limit the angle of attack at a minimum angle, the minimum angle being from -10 ° to + 15 °, preferably from -5 ° to + 10 °, particularly preferably from 0 ° to + 5 °. By limiting the angle of attack, the angle of attack cannot be reduced beyond the minimum angle at least up to a maximum bending moment that occurs when the finger module is used as intended. This prevents the finger module from bending up in an uncontrolled manner, which would make it more difficult to safely grasp objects with the finger module.

Je nach Ausgestaltung des Fingermoduls und eines Antriebs zur Bewegung des Fingermoduls kann bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Fingermoduls beispielsweise im Mittelpunkt einer Aussparung des Biegeabschnitts ein Maximal-Biegemoment von 100 Nmm bis 1000 Nmm, insbesondere von 150 Nmm bis 750 Nmm, zum Beispiel von 250 Nmm bis 300 Nmm, auftreten.Depending on the design of the finger module and a drive for moving the finger module, when the finger module is used as intended, a maximum bending moment of 100 Nmm to 1000 Nmm, in particular 150 Nmm to 750 Nmm, for example from 250 Nmm to 300 Nmm.

Der Biegeabschnitt ist vorzugsweise mit dem Mittelabschnitt und/oder dem Vorderabschnitt, bevorzugt mit dem Mittelabschnitt und dem Vorderabschnitt, einstückig ausgestaltet. Dadurch lässt sich das Fingermodul besonders einfach, schnell und kostengünstig herstellen, und mögliche Schwachstellen durch eine Verbindung der Abschnitte miteinander werden vermieden.The bending section is preferably designed in one piece with the middle section and / or the front section, preferably with the middle section and the front section. As a result, the finger module can be produced particularly easily, quickly and inexpensively, and possible weak points caused by connecting the sections to one another are avoided.

Der Vorderabschnitt umfasst vorzugsweise ein Nagelelement zum funktionalen Ersatz eines Fingernagels des Fingers. Das Nagelelement ist vorzugsweise dem Fingernagel in Form, Anordnung und Größe nachempfunden. Mit Hilfe des Nagelelement können insbesondere kleine und/oder flache Gegenstände zuverlässiger ergriffen werden. Das Nagelelement ist vorzugsweise einstückig mit dem Vorderabschnitt ausgebildet und beispielsweise gemeinsam mit dem Vorderabschnitt additiv gefertigt.The front section preferably comprises a nail element for functional replacement of a fingernail of the finger. The nail element is preferably modeled on the fingernail in shape, arrangement and size. With the help of the nail element, in particular small and / or flat objects can be gripped more reliably. The nail element is preferably formed in one piece with the front section and, for example, manufactured additively together with the front section.

Der Biegeabschnitt umfasst vorzugsweise zumindest eine Aussparung zur Reduzierung einer Biegesteifigkeit des Biegeabschnitts gegenüber einer Änderung des Anstellwinkels. Mit Hilfe der Aussparung lässt sich die Biegesteifigkeit des Biegeabschnitts auf einfache Weise einstellen, insbesondere wenn der Biegeabschnitt und gegebenenfalls auch die weiteren Abschnitte des Fingermoduls aus einem einzigen Material gefertigt werden sollen.The bending section preferably comprises at least one recess for reducing a bending stiffness of the bending section with respect to a change in the angle of attack. With the aid of the recess, the bending stiffness of the bending section can be adjusted in a simple manner, in particular if the bending section and, if necessary, also the further sections of the finger module are to be manufactured from a single material.

Im einfachsten Fall enthält die Aussparung Luft und ist insbesondere vollständig damit ausgefüllt. Die Aussparung kann ein beliebiges Medium mit einer gegenüber dem aussparungsfreien Biegeabschnitt reduzierten Biegesteifigkeit, bevorzugt ein Fluid, enthalten. Durch die Auswahl eines geeigneten Mediums können die mechanischen Eigenschaften des Biegeabschnitts auf vielfältige Weise angepasst werden. Wenn das Medium beispielsweise eine Flüssigkeit ist, kann dadurch gleichzeitig eine geringe Biegesteifigkeit und eine hohe Kompressionssteifigkeit des Biegeabschnitts erreicht werden.In the simplest case, the recess contains air and is in particular completely filled with it. The recess can contain any medium with a flexural rigidity that is reduced compared to the bending section free of the recess, preferably a fluid. By selecting a suitable medium, the mechanical properties of the bending section can be adapted in a variety of ways. If the medium is a liquid, for example, a low flexural rigidity and a high compressive rigidity of the flexible section can be achieved at the same time.

Die zumindest eine Aussparung ist vorzugsweise vollständig von dem Biegeabschnitt umschlossen. Dadurch wird verhindert, dass Verunreinigungen in die Aussparung gelangen, die die Funktion des Fingermoduls beeinträchtigen könnten. Außerdem wird verhindert, dass einer Biegung des Biegeabschnitts Gegenstände oder Körperteile in der Aussparung eingeklemmt werden.The at least one recess is preferably completely enclosed by the bending section. This prevents contaminants from getting into the recess that could impair the function of the finger module. In addition, it is prevented that objects or body parts are jammed in the recess when the bent section is bent.

Eine sich eine entlang des Fingermoduls gemessene Länge der zumindest eine Aussparung vergrößert sich vorzugsweise von einer der Handflächenseite des Fingermoduls gegenüberliegenden Handrückenseite des Fingermoduls auf die Handflächenseite zu. Dadurch wird nahe der Handflächenseite eine stärkere Verformung des Biegeabschnitts ermöglicht als nahe der Handrückenseite, was eine elastische Verformung des Biegeabschnitts aus einem angestellten Ruhezustand in einen gestreckten Zustand mit einem gegenüber dem Ruhezustand verringerten Anstellwinkel erlaubt.A length of the at least one recess, measured along the finger module, preferably increases from the back of the hand side of the finger module opposite the palm side of the finger module towards the palm side. As a result, greater deformation of the bending section is enabled near the palm side than near the back of the hand, which allows elastic deformation of the bending section from an engaged rest state to a stretched state with a reduced angle of attack compared to the rest state.

Das Fingermodul umfasst vorzugsweise eine Anzahl von sich länglich entlang des Fingermoduls erstreckenden Versteifungselementen, wobei die Versteifungselemente die zumindest eine Aussparung zur Erhöhung einer Biegesteifigkeit des Biegeabschnitts gegenüber einer Änderung des Anstellwinkels entlang des Fingermoduls überbrücken und bevorzugt einstückig mit dem Biegeabschnitt ausgestaltet sind. Die Versteifungselemente können beispielsweise als Versteifungsrippen ausgestaltet sein. Durch die Versteifungselemente kann ein Biegeverhalten des Biegeabschnitts, insbesondere abhängig vom Anstellwinkel, besonders genau eingestellt werden.The finger module preferably comprises a number of stiffening elements extending elongated along the finger module, the stiffening elements bridging the at least one recess to increase a bending stiffness of the bending section with respect to a change in the angle of incidence along the finger module and preferably being designed in one piece with the bending section. The stiffening elements can be designed as stiffening ribs, for example. The stiffening elements allow a bending behavior of the bending section to be set particularly precisely, in particular as a function of the angle of attack.

Die Versteifungselemente sind vorzugsweise dazu ausgelegt, bei einer Verringerung des Anstellwinkels gegenüber dem Ruhewinkel bis zu einem Minimalwinkel ohne Änderung einer entlang des Fingermoduls gemessenen Länge der Versteifungselemente verformt zu werden und bei einer Verringerung des Anstellwinkels gegenüber dem Ruhewinkel über den Minimalwinkel hinaus mit einer Änderung der Länge der Versteifungselemente verformt zu werden.The stiffening elements are preferably designed to be deformed when the angle of attack is reduced compared to the angle of repose up to a minimum angle without changing a length of the stiffening elements measured along the finger module, and with a change in length when the angle of attack is reduced compared to the angle of repose beyond the minimum angle of the stiffening elements to be deformed.

Der Minimalwinkel beträgt vorzugsweise von -10° bis +15°, bevorzugt von -5° bis +10°, besonders bevorzugt von 0° bis +5°.The minimum angle is preferably from -10 ° to + 15 °, preferably from -5 ° to + 10 °, particularly preferably from 0 ° to + 5 °.

Dadurch wirkt einer Verringerung des Anstellwinkels bis zu dem Minimalwinkel nur der Biegewiderstand der Versteifungselemente entgegen, während einer Verringerung des Anstellwinkels über den Minimalwinkel hinaus zusätzlich der in der Regel wesentlich höhere Zugwiderstand der Versteifungselement entgegenwirkt, sodass der Biegewiderstand des Biegeabschnitts bei Erreichen des Minimalwinkels stark ansteigt. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Versteifungselemente kann so ein Aufbiegen des Biegeabschnitts über den Minimalwinkel hinaus durch bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Fingermoduls auftretende Kräfte verhindert werden.As a result, only the bending resistance of the stiffening elements counteracts a reduction in the setting angle up to the minimum angle, while a reduction in the setting angle beyond the minimum angle also counteracts the generally much higher tensile resistance of the stiffening element, so that the bending resistance of the bending section increases sharply when the minimum angle is reached. A suitable configuration of the stiffening elements can prevent the bending section from bending up beyond the minimum angle due to forces occurring when the finger module is used as intended.

Bei einer Verringerung des Anstellwinkels oberhalb des Minimalwinkels wird die elastische Verformung des Biegeabschnitts durch ein Aufbiegen der Verstärkungselemente in der Aussparung charakterisiert. Als Maß für die elastische Verformung des Biegeabschnitt kann näherungsweise die Biegespannung σ_B = M/W_B herangezogen werden, die vom Biegemoment M und dem Biegewiderstandsmoment W_B abhängt. Das Biegewiderstandsmoment des Biegeabschnitts setzt sich aus der Summe der Widerstandsmomente der Wandung um die Aussparung und der einzelnen Verstärkungselemente zusammen.If the angle of attack is reduced above the minimum angle, the elastic deformation of the bending section is characterized by the reinforcement elements bending open in the recess. As a measure of the elastic deformation of the bending section, the bending stress σ _B = M / W _B , that of the bending moment, can be used approximately M. and the bending resistance moment W _B depends. The bending resistance moment of the bending section is composed of the sum of the resistance moments of the wall around the recess and the individual reinforcement elements.

Um das Verformungsverhalten möglichst nur über die Verstärkungselemente zu steuern, wird der Einfluss der Wandung vorzugsweise minimiert, indem man die Dicke der Wandung so gering wie möglich wählt. Das Biegewiderstandsmoment eines Verstärkungselements kann für kleine Verformungen mit W_b = 1/12xbxh³ angenommen werden. Der Faktor h entspricht der Höhe der Verstärkungselemente entlang der Biegerichtung. Somit kann durch die Erhöhung der Anzahl der Verstärkungsrippen und die daraus resultierende Abnahme ihrer Höhe der Biegewiderstand drastisch reduziert werden. Im Produktionsprozess sind dabei beispielsweise Elemente mit einer Höhe von 1 mm und Abständen untereinander von 0,3 - 0,5 mm möglich.In order to control the deformation behavior as far as possible only via the reinforcement elements, the influence of the wall is preferably minimized by choosing the thickness of the wall as small as possible. The bending resistance moment of a reinforcement element can be assumed _{for small deformations with W b} = 1 / 12xwxh ^3. The factor h corresponds to the height of the reinforcement elements along the bending direction. Thus, by increasing the number of reinforcing ribs and the resulting decrease in their height, the bending resistance can be drastically reduced. In the production process, for example, elements with a height of 1 mm and spacings of 0.3-0.5 mm are possible.

Bei Erreichen des Minimalwinkels verringert sich die Verformung mit zunehmendem Biegemoment immer weiter, bis alle Verstärkungselemente aufgebogen und somit gestreckt sind. Ab diesem Punkt ist es für ein weiteres Verringern des Anstellwinkels nötig, die einzelnen Verstärkungselemente nicht nur zu biegen, sondern darüber hinaus auch zu strecken. Die bislang dominierende Biegespannung wird um die deutlich höhere Zugspannung ergänzt, welche durch das Aufspalten der Gesamthöhe des Biegeabschnitts in kleinere Verstärkungsrippen nicht beeinflusst oder reduziert wird. Daraus resultiert eine plötzliche Erhöhung des Biegemoments, das notwendig ist, um eine weitere Verringerung des Anstellwinkels zu bewirken.When the minimum angle is reached, the deformation continues to decrease as the bending moment increases, until all reinforcement elements are bent up and thus stretched. From this point onwards, in order to further reduce the angle of attack, it is necessary not only to bend the individual reinforcement elements, but also to stretch them. The previously dominant bending stress is supplemented by the significantly higher tensile stress, which is not influenced or reduced by splitting the total height of the bending section into smaller reinforcing ribs. This results in a sudden increase in the bending moment, which is necessary to bring about a further reduction in the angle of attack.

Der Biegeabschnitt umfasst bevorzugt ein Elastomer oder besteht aus dem Elastomer. Durch ein Elastomer lassen sich mit geringen Kosten für den Biegeabschnitt geeignete elastische Eigenschaften bereitstellen.The bending section preferably comprises an elastomer or consists of the elastomer. By means of an elastomer, suitable elastic properties can be provided for the bending section at low cost.

Das Elastomer ist vorzugsweise ein thermoplastisches Elastomer, bevorzugt ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomer (TPU), ein thermoplastisches Copolyester-Elastomer (TPC) oder ein thermoplastisches Polyamid-Elastomer (TPA), beispielsweise mit einer Poly-Aminoundecansäure (PA-11).The elastomer is preferably a thermoplastic elastomer, preferably a thermoplastic polyurethane elastomer (TPU), a thermoplastic copolyester elastomer (TPC) or a thermoplastic polyamide elastomer (TPA), for example with a poly-aminoundecanoic acid (PA-11).

Thermoplastische Elastomere haben den Vorteil, dass sie sich wie andere thermoplastische Kunststoffe mit vielfältigen Verfahren, beispielsweise Extrusion, Spritzgießen, Blasformen und/oder 3D-Drucken, insbesondere im Sinterverfahren, schnell und kostengünstig verarbeiten lassen. Polyamide zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit aus, besitzen eine gute Chemikalienbeständigkeit und Verarbeitbarkeit.Thermoplastic elastomers have the advantage that, like other thermoplastics, they can be processed quickly and inexpensively using a wide range of processes, for example extrusion, injection molding, blow molding and / or 3D printing, in particular using the sintering process. Polyamides are characterized by high strength, rigidity and toughness, and have good chemical resistance and processability.

Unter Berücksichtigung der Zugfestigkeit der zur Wahl stehenden Materialien bietet sich die Verwendung eines thermoplastisches Polyamid-Elastomer (TPA) mit einer Poly-Aminoundecansäure (PA-11), erhältlich beispielsweise unter dem Handelsnamen Nylon 11 an, dessen Streckgrenze circa bei dem Fünffachen der Streckgrenzen anderer thermoplastischer Elastomere liegt. Experimente haben jedoch gezeigt, dass die nötige Verformung mit einem TPA nicht im elastischen Bereich absolviert werden kann, sodass ein TPC oder ein TPU als Material vielversprechender erscheint. Diese weisen zwar eine geringere Festigkeit als TPA auf, haben aber erheblich größere elastische Verformungsbereiche als TPA.Taking into account the tensile strength of the materials available, the use of a thermoplastic polyamide elastomer (TPA) with a poly-aminoundecanoic acid (PA-11), available for example under the trade name Nylon 11, whose yield strength is approximately five times the yield strength of others thermoplastic elastomers. Experiments have shown, however, that the necessary deformation cannot be achieved with a TPA in the elastic range, so that a TPC or a TPU appears to be more promising as a material. Although these have a lower strength than TPA, they have considerably larger elastic deformation ranges than TPA.

Das Elastomer weist vorzugsweise eine Bruchdehnung von zumindest 60 %, bevorzugt zumindest 80 %, besonders bevorzugt zumindest 100 % auf, um die notwendige Verformung des Biegebereichs unbeschadet sicherstellen zu können.The elastomer preferably has an elongation at break of at least 60%, preferably at least 80%, particularly preferably at least 100%, in order to be able to ensure the necessary deformation of the bending area without damage.

Der Mittelabschnitt, der Vorderabschnitt und/oder die Versteifungselemente, bevorzugt der Mittelabschnitt, der Vorderabschnitt und die Versteifungselemente, umfassen vorzugsweise das Elastomer des Biegeabschnitts oder bestehen daraus. Durch die Verwendung des gleichen Elastomers kann das Fingermodul besonders schnell. einfach und kostengünstig produziert und entsorgt werden.The middle section, the front section and / or the stiffening elements, preferably the middle section, the front section and the stiffening elements, preferably comprise or consist of the elastomer of the flexible section. By using the same elastomer, the finger module can move particularly quickly. can be produced and disposed of easily and inexpensively.

Die Erfindung betrifft eine Fingerprothese zum funktionalen Ersatz eines Fingers mit einem erfindungsgemäßen Fingermodul, einem sich um eine zentrale Grundelementachse erstreckenden Grundelement zum funktionalen Ersatz eines proximalen Fingergliedes des Fingers und einem Gelenkelement.The invention relates to a finger prosthesis for the functional replacement of a finger with a finger module according to the invention, a base element extending around a central base element axis for the functional replacement of a proximal phalanx of the finger and a joint element.

Das Gelenkelement verbindet eine der Vorderseite des Mittelabschnitts des Fingermoduls gegenüberliegende Rückseite des Mittelabschnitts mit einer zu der Grundelementachse orthogonalen Vorderseite des Grundelements gelenkig. Wenn der Mittelabschnitt und das Grundelement beispielsweise jeweils im Wesentlichen zylindrisch geformt sind, verbindet das Gelenkelement eine Stirnseite des Mittelabschnitts mit einer Stirnseite des Grundelements.The joint element articulately connects a rear side of the middle section, which is opposite the front side of the middle section of the finger module, to a front side of the basic element that is orthogonal to the base element axis. If the middle section and the base element are each essentially cylindrical in shape, for example, the joint element connects an end face of the middle section to an end face of the base element.

Das Gelenkelement ist zur Anstellung der Mittelelementachse des Mittelabschnitts relativ zu der Grundelementachse auf die Handflächenseite des Fingermoduls zu mit einem einstellbaren Gelenkwinkel ausgelegt. Dadurch kann das Gelenkelement die Funktion eines Fingermittelgelenks ersetzen. Das Gelenkelement umfasst beispielsweise ein Scharnier.The joint element is designed to adjust the central element axis of the central section relative to the base element axis on the palm side of the finger module with an adjustable joint angle. As a result, the joint element can replace the function of a mid-finger joint. The joint element comprises, for example, a hinge.

Die Fingerprothese umfasst vorzugsweise zumindest ein das Fingermodul mit dem Grundelement mechanisch verbindendes Rückstellelement, wobei das Rückstellelement zur elastischen Rückstellung des Gelenkwinkels auf einen Ruhe-Gelenkwinkel zumindest bei einer Vergrößerung des Gelenkwinkels gegenüber dem Ruhe-Gelenkwinkel um 0° bis 45°, bevorzugt um 0° bis 90°, besonders bevorzugt um 0° bis 135°, ausgestaltet ist.The finger prosthesis preferably comprises at least one restoring element that mechanically connects the finger module to the base element, the restoring element for elastic restoring of the joint angle to a joint angle at least when the joint angle is increased by 0 ° to 45 °, preferably by 0 °, compared to the joint angle at rest to 90 °, particularly preferably around 0 ° to 135 °.

Durch das Rückstellelement ist es möglich, den Gelenkwinkel durch einen in nur eine Richtung wirksamen Antrieb, beispielsweise über einen Seilzug einzustellen, indem das Rückstellelement dem Antrieb entgegenwirkt. Dadurch kann ein Antriebssystem für die Fingerprothese besonders einfach aufgebaut sein und/oder entfernt von der Fingerprothese, beispielsweise an einem Arm eines die Fingerprothese tragenden Menschen, angeordnet werden.The restoring element makes it possible to set the joint angle by a drive that is effective in only one direction, for example by means of a cable, in that the restoring element counteracts the drive. As a result, a drive system for the finger prosthesis can be constructed in a particularly simple manner and / or can be arranged remotely from the finger prosthesis, for example on an arm of a person wearing the finger prosthesis.

Weiterhin kann ein Seilzug einfacher als ein in beide Richtungen wirksames Mittel zur Kraftübertragung, beispielsweise ein Bowdenzug oder ein Gestänge, im Inneren der Fingerprothese angeordnet werden, um zu verhindern, dass das Mittel zur Kraftübertragung verschmutzt oder verklemmt.Furthermore, a cable pull can be arranged in the interior of the finger prosthesis more simply than a means for power transmission that is effective in both directions, for example a Bowden cable or a linkage, in order to prevent the means for power transmission from becoming soiled or jammed.

Der Ruhe-Gelenkwinkel beträgt vorzugsweise von -5° bis +30°, bevorzugt von 0° bis +10°, besonders bevorzugt von 0° bis +5°. Durch einen solchen Ruhe-Gelenkwinkel nähert sich die Fingerprothese in einem Ruhezustand des Gelenkelements einem Ruhezustand eines natürlichen Fingers an.The joint angle at rest is preferably from -5 ° to + 30 °, preferably from 0 ° to + 10 °, particularly preferably from 0 ° to + 5 °. With such a rest joint angle, the finger prosthesis approaches a rest state of a natural finger when the joint element is in a state of rest.

Das zumindest einen Rückstellelement umfasst vorzugsweise ein Biegeblech. Ein Biegeblech hat die Vorteile, dass es weniger Bauraum beansprucht als eine Torsionsfeder und außerdem als Abdeckung zum Schutz des Gelenkelements dienen kann.The at least one restoring element preferably comprises a bending plate. A bending plate has the advantages that it takes up less space than a torsion spring and can also serve as a cover to protect the articulated element.

Das zumindest einen Rückstellelement ist vorzugsweise, zumindest wenn der Gelenkwinkel dem Ruhe-Gelenkwinkel entspricht, innerhalb des Fingermoduls und/oder des Grundelements, beispielsweise in einer Aufnahmeöffnung, angeordnet, um ein Verklemmen und oder Verschmutzen des Rückstellelements zu verhindern.The at least one reset element is preferably, at least when the joint angle corresponds to the rest joint angle, arranged within the finger module and / or the base element, for example in a receiving opening, in order to prevent jamming and / or contamination of the reset element.

Ein Biegeblech kann beispielsweise um die Rückseite des Mittelabschnitts des Fingermoduls gebogen und tangential dazu im Inneren des Grundelements befestigt sein.A bending plate can, for example, be bent around the rear side of the middle section of the finger module and fastened tangentially to it in the interior of the base element.

Vorzugsweise ist das Rückstellelement im Ruhezustand des Gelenkelements mit dem Ruhe-Gelenkwinkel vorgespannt, um ein Wackeln des Gelenkelements im Ruhezustand zu verhindern. Beispielsweise kann ein Federblech im Ruhezustand um 10° bis 20° aus seiner spannungsfreien Konfiguration ausgelenkt sein.In the rest state of the joint element, the restoring element is preferably preloaded with the rest joint angle in order to prevent the joint element from wobbling in the rest state. For example, a spring steel sheet can be deflected from its stress-free configuration by 10 ° to 20 ° in the idle state.

Die Fingerprothese umfasst vorzugsweise ein an einer der Vorderseite des Grundelements gegenüberliegenden Rückseite des Grundelements an dem Grundelement angebrachtes Grundgelenkelement, wobei das Grundgelenkelement zur gelenkigen Verbindung des Grundelements mit einer sich flächig entlang einer Mittelhandebene erstreckenden Mittelhand ausgelegt ist, und wobei das Grundgelenkelement zur Anstellung der Grundelementachse des Grundelements relativ zu der Mittelhandebene auf die Handflächenseite des Fingermoduls zu mit einem einstellbaren Grundgelenkwinkel ausgelegt ist.The finger prosthesis preferably comprises a base joint element attached to the base element on a rear side of the base element opposite the front side of the base element, the base joint element being designed for the articulated connection of the base element to a metacarpal extending flat along a metacarpal plane, and the base joint element for adjusting the base element axis of the Basic element is designed relative to the metacarpal plane on the palm side of the finger module with an adjustable base joint angle.

Das Grundgelenkelement kann somit die Funktion eines Fingergrundgelenks ersetzen. Das Grundgelenkelement kann die gleichen Merkmale aufweisen wie das Gelenkelement, insbesondere ein entsprechendes Rückstellelement umfassen, woraus sich die zuvor beschriebenen Vorteile ergeben.The basic joint element can thus replace the function of a basic finger joint. The basic joint element can have the same features as the joint element, in particular comprise a corresponding return element, from which the advantages described above result.

Die Fingerprothese umfasst vorzugsweise eine Kopplungsvorrichtung, beispielsweise ein Gestänge, wobei die Kopplungsvorrichtung das Gelenkelement mit dem Grundgelenkelement zur Kopplung des Gelenkwinkels an den Grundgelenkwinkel mechanisch verbindendet. Durch die Kopplungsvorrichtung kann der Gelenkwinkel abhängig von dem Grundgelenkwinkel automatisch eingestellt werden, ohne dass dazu ein separater Antrieb notwendig wäre.The finger prosthesis preferably comprises a coupling device, for example a linkage, the coupling device mechanically connecting the joint element to the base joint element for coupling the joint bracket to the base joint bracket. By means of the coupling device, the joint angle can be set automatically as a function of the basic joint angle, without a separate drive being necessary for this.

Die Erfindung betrifft eine Handprothese mit zumindest einem erfindungsgemäßen Fingermodul und/oder zumindest einer erfindungsgemäßen Fingerprothese, woraus sich die zuvor beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten und Vorteile ergeben. Die Handprothese kann insbesondere ein, zwei, drei, vier oder fünf Fingermodule und/oder Fingerprothesen umfassen.The invention relates to a hand prosthesis with at least one finger module according to the invention and / or at least one finger prosthesis according to the invention, from which the design options and advantages described above result. The hand prosthesis can in particular comprise one, two, three, four or five finger modules and / or finger prostheses.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Fingermoduls, umfassend ein additives Fertigen, bevorzugt ein selektives Laser-Sintern, des Fingermoduls aus zumindest einem, bevorzugt aus genau einem, Werkstoff.The invention relates to a method for producing a finger module according to the invention, comprising additive manufacturing, preferably selective laser sintering, of the finger module from at least one, preferably from exactly one, material.

Durch ein additives Fertigen, auch 3D-Drucken genannt, kann das Fingermodul kostengünstig in seiner Form, seiner Biegefestigkeit und seinen Abmessungen individuell an einen Patienten angepasst gefertigt werden. Weiterhin ist es mit einem additiven Verfahren einfacher als mit anderen Verfahren eine vollständig umschlossene Aussparung und Verstärkungselemente in einer Aussparung des Biegeabschnitts reproduzierbar zu erzeugen.Additive manufacturing, also known as 3D printing, allows the finger module to be manufactured cost-effectively in terms of its shape, flexural strength and dimensions, individually adapted to a patient. Furthermore, it is easier with an additive method than with other methods to reproducibly produce a completely enclosed recess and reinforcing elements in a recess of the bending section.

FigurenlisteFigure list

Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße Gegenstände dargestellt sind. Merkmale, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Merkmale nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.

1 zeigt eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Fingermoduls.
2 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Fingermoduls.
3 zeigt eine schematische Rückansicht eines erfindungsgemäßen Fingermoduls.
4 zeigt einen schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Fingermoduls.
5 zeigt eine schematische Seitansicht eines erfindungsgemäßen Fingermoduls.
6 zeigt einen schematischen Verlauf eines Anstellwinkels eines erfindungsgemäßen Fingermoduls abhängig von einem Biegemoment.
7 zeigt einen schematischen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Fingerprothese.
8 zeigt eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen Handprothese.
9 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Handprothese.

Further advantages, aims and properties of the invention are explained with reference to the following description and attached drawings, in which objects according to the invention are shown by way of example. Features which in the figures correspond at least essentially with regard to their function can be identified with the same reference numerals, although these features do not have to be numbered and explained in all figures.

1 shows a schematic plan view of a finger module according to the invention.
2 shows a schematic perspective illustration of a finger module according to the invention.
3 shows a schematic rear view of a finger module according to the invention.
4th shows a schematic longitudinal section of a finger module according to the invention.
5 shows a schematic side view of a finger module according to the invention.
6th shows a schematic profile of an angle of attack of a finger module according to the invention as a function of a bending moment.
7th shows a schematic longitudinal section of a finger prosthesis according to the invention.
8th shows a schematic plan view of a hand prosthesis according to the invention.
9 shows a schematic perspective illustration of a hand prosthesis according to the invention.

Fig.1Fig. 1

1 zeigt eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Fingermoduls 100. Das Fingermodul 100 umfasst einen sich um eine zentrale Mittelabschnittsachse MAA länglich erstreckenden Mittelabschnitt 120 zum funktionalen Ersatz eines intermediären Fingergliedes eines Fingers. Das Fingermodul 100 umfasst einen sich um eine zentrale Vorderabschnittsachse VAA länglich erstreckenden Vorderabschnitt 110 zum funktionalen Ersatz eines distalen Fingergliedes des Fingers. Das Fingermodul 100 umfasst einen Biegeabschnitt 130, wobei der Biegeabschnitt 130 eine zu der Mittelabschnittsachse MAA orthogonale Vorderseite des Mittelabschnitts 120 mit einer zu der Vorderabschnittsachse VAA orthogonalen Rückseite des Vorderabschnitts 110 verbindet. 1 shows a schematic plan view of a finger module according to the invention 100 . The finger module 100 comprises one about a central central section axis MAA elongated central section 120 for the functional replacement of an intermediate phalanx of a finger. The finger module 100 comprises one about a central front section axis VAA elongated front section 110 for the functional replacement of a distal phalanx of the finger. The finger module 100 includes a bending section 130 , the bending section 130 one to the central section axis MAA orthogonal front of the middle section 120 with one to the front section axis VAA orthogonal back of the front section 110 connects.

Das Fingermodul 100 ist vorzugsweise dem intermediären und distalen Fingerglied in Form und Abmessungen nachempfunden und insbesondere individuell an einen Benutzer des Fingermoduls 100 angepasst. In dieser und den weiteren Figuren angegebene Bemaßungen sind in mm angegeben und jeweils beispielhaft zu verstehen.The finger module 100 is preferably modeled on the shape and dimensions of the intermediate and distal phalanx and in particular is individually tailored to a user of the finger module 100 customized. The dimensions given in this and the other figures are given in mm and are to be understood as examples.

Die Vorderabschnittsachse VAA und die Mittelabschnittsachse MAA liegen vorzugsweise in einer Ebene und schneiden einander innerhalb des Biegeabschnitts 130.The front section axis VAA and the central section axis MAA are preferably in one plane and intersect within the bending section 130 .

Der der Biegeabschnitt 130 ist beispielsweise mit dem Mittelabschnitt 120 und dem Vorderabschnitt 110 einstückig ausgestaltet.The the bending section 130 is for example with the middle section 120 and the front section 110 designed in one piece.

Der Vorderabschnitt 110 umfasst vorzugsweise ein Nagelelement 111 zum funktionalen Ersatz eines Fingernagels des Fingers. Das Nagelelement 111 ist vorzugsweise dem Fingernagel in Form, Anordnung und Größe nachempfunden. Das Nagelelement 111 ist vorzugsweise einstückig mit dem Vorderabschnitt 110 ausgebildet.The front section 110 preferably comprises a nail element 111 for the functional replacement of a fingernail of the finger. The nail element 111 is preferably based on the shape, arrangement and size of the fingernail. The nail element 111 is preferably integral with the front portion 110 educated.

An einer der Vorderseite des Mittelabschnitts 120 gegenüberliegenden Rückseite des Mittelabschnitts 120 ist vorzugsweise ein vorderer Gelenkteil 231 eines Gelenkelements zur Verbindung des Fingermoduls 100 mit einem Grundelement einer Fingerprothese angeordnet.On one of the front of the middle section 120 opposite back of the middle section 120 is preferably a front joint part 231 a joint element for connecting the finger module 100 arranged with a basic element of a finger prosthesis.

Fig.2Fig. 2

2 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Fingermoduls 100. Das Fingermodul 100 kann insbesondere so wie das in 1 dargestellte Fingermodul 100 ausgestaltet sein. 2 shows a schematic perspective illustration of a finger module according to the invention 100 . The finger module 100 especially like the one in 1 illustrated finger module 100 be designed.

Fig.3Fig. 3

3 zeigt eine schematische Rückansicht eines erfindungsgemäßen Fingermoduls 100. Das Fingermodul 100 kann insbesondere so wie das in 1 dargestellte Fingermodul 100 ausgestaltet sein. 3 shows a schematic rear view of a finger module according to the invention 100 . The finger module 100 especially like the one in 1 illustrated finger module 100 be designed.

Fig.4Fig. 4

4 zeigt einen schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Fingermoduls 100, beispielsweise einen Längsschnitt entlang der von der Vorderelementachse VAA und der Mittelelementachse MAA aufgespannten Ebene A-A des in 1 dargestellten Fingermoduls 100. 4th shows a schematic longitudinal section of a finger module according to the invention 100 , for example a longitudinal section along the axis of the front element VAA and the center element axis MAA spanned plane AA of the in 1 shown finger module 100 .

Die Vorderabschnittsachse VAA ist relativ zu der Mittelabschnittsachse MAA mit einem Anstellwinkel α auf eine Handflächenseite 101 des Fingermoduls 100 zu angestellt, wobei der Anstellwinkel α in einem dargestellten, lastfreien Ruhezustand des Fingermoduls 100 beispielsweise einem Ruhewinkel α₀ von 20° bis 30° entspricht.The front section axis VAA is relative to the midsection axis MAA with an angle of incidence α on one palm side 101 of the finger module 100 to employed, the angle of incidence α in an illustrated, load-free resting state of the finger module 100 for example an angle of repose α ₀ from 20 ° to 30 °.

Der Biegeabschnitt 130 umfasst vorzugsweise eine Aussparung 131 zur Reduzierung einer Biegesteifigkeit des Biegeabschnitts 130 gegenüber einer Änderung des Anstellwinkels a. Die Aussparung 131 ist beispielsweise vollständig von dem Biegeabschnitt 130 umschlossen.The bending section 130 preferably comprises a recess 131 to reduce a bending stiffness of the bending section 130 against a change in the angle of attack a . The recess 131 is for example completely from the bending section 130 enclosed.

Eine entlang des Fingermoduls 100 gemessene Länge der Aussparung 131 vergrößert sich vorzugsweise von einer der Handflächenseite 101 des Fingermoduls 100 gegenüberliegenden Handrückenseite 102 des Fingermoduls 100 auf die Handflächenseite 101 zu.One along the finger module 100 measured length of the recess 131 preferably enlarges from one of the palm side 101 of the finger module 100 opposite side of the back of the hand 102 of the finger module 100 on the palm side 101 to.

Das Fingermodul 100 umfasst vorzugsweise eine Anzahl von, beispielsweise vier, sich länglich entlang des Fingermoduls 100 erstreckenden Versteifungselementen 132, wobei die Versteifungselemente 132 die zumindest eine Aussparung 131 zur Erhöhung einer Biegesteifigkeit des Biegeabschnitts 130 gegenüber einer Änderung des Anstellwinkels a entlang des Fingermoduls 100 überbrücken und bevorzugt einstückig mit dem Biegeabschnitt 130 ausgestaltet sind. Die Versteifungselemente 132 können beispielsweise als Versteifungsrippen ausgestaltet sein.The finger module 100 preferably comprises a number of, for example four, elongated along the finger module 100 extending stiffening elements 132 , the stiffening elements 132 the at least one recess 131 to increase a bending stiffness of the bending section 130 against a change in the angle of attack a along the finger module 100 bridge and preferably in one piece with the bending section 130 are designed. The stiffening elements 132 can for example be designed as stiffening ribs.

Der vordere Gelenkteil 231 eines Gelenkelements zur Verbindung des Fingermoduls 100 mit einem Grundelement einer Fingerprothese umfasst vorzugsweise eine Aufnahmeöffnung 241 für ein Rückstellelement zur Rückstellung eines Gelenkwinkels des Gelenkelements auf einen Gelenk-Ruhewinkel.The front joint part 231 a joint element for connecting the finger module 100 with a base element of a finger prosthesis preferably comprises a receiving opening 241 for a restoring element for restoring a joint angle of the joint element to a joint angle of repose.

Fig.5Fig. 5

5 zeigt eine schematische Seitansicht eines erfindungsgemäßen Fingermoduls 100. Das Fingermodul 100 kann insbesondere so wie das in 1 dargestellte und/oder das in 4 dargestellte Fingermodul 100 ausgestaltet sein. 5 shows a schematic side view of a finger module according to the invention 100 . The finger module 100 especially like the one in 1 shown and / or the in 4th illustrated finger module 100 be designed.

Fig.6Fig. 6

6 zeigt einen schematischen Verlauf eines Anstellwinkels a der Vorderabschnittsachse VAA eines erfindungsgemäßen Fingermoduls 100 relativ zu der Mittelabschnittsachse MAA des Fingermoduls 100 abhängig von einem auf den Vorderabschnitt 110 des Fingermoduls 100 ausgeübten Biegemoment M. 6th shows a schematic profile of an angle of attack a the front section axis VAA of a finger module according to the invention 100 relative to the central section axis MAA of the finger module 100 depending on one on the front section 110 of the finger module 100 applied bending moment M. .

In einem lastfreien Zustand des Fingermoduls 100 (M = 0) entspricht der Anstellwinkel a einem Ruhewinkel α₀ von beispielsweise 25°.In a load-free state of the finger module 100 (M = 0) corresponds to the angle of attack a an angle of repose α ₀ of for example 25 °.

Mit steigendem Biegemoment M steigt der Anstellwinkel a zunächst, vorzugsweise monoton, insbesondere linear, um bei einem Grenz-Biegemoment M_G einen Minimalwinkel amin von beispielsweise 0° bis 5° zu erreichen.. Der Minimalwinkel amin kann beispielsweise mit einer an der Fingerspitze wirkenden Kraft von 5 N erreicht werden. Mit einer Länge von der Fingerspritze bis zum Mittelpunkt der Aussparung 131 von beispielsweise 20 mm bis 25 mm ergibt sich am Mittelpunkt der Aussparung 131 beispielsweise ein Grenz-Biegemoment M_G von 100 Nmm bis 125 Nmm.With increasing bending moment M. the angle of attack increases a initially, preferably monotonically, in particular linearly, at a limit bending moment M _G to achieve a minimum angle amin of, for example, 0 ° to 5 °. The minimum angle amin can be achieved, for example, with a force of 5 N acting on the fingertip. With a length from the fingertip to the center of the recess 131 of, for example, 20 mm to 25 mm results at the center of the recess 131 for example a limit bending moment M _G from 100 Nmm to 125 Nmm.

Sobald der Minimalwinkel amin erreicht ist, bleibt der Anstellwinkel a bei über das Grenz-Biegemoment M_G hinaus weiter steigendem Biegemoment M zumindest bis zu einem bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Fingermoduls höchstens auftretenden Maximal-Biegemoment M_max von beispielsweise 250 Nmm bis 300 Nmm vorzugsweise zumindest näherungsweise konstant.As soon as the minimum angle amine is reached, the angle of attack remains a at over the limit bending moment M _G further increasing bending moment M. at least up to a maximum bending moment M _max of, for example, 250 Nm to 300 Nm, which occurs at most when the finger module is used as intended, preferably at least approximately constant.

Fig.7Fig. 7

7 zeigt einen schematischen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Fingerprothese 200. Die Fingerprothese 200 umfasst ein Fingermodul 100, das beispielsweise so wie das in 1 gezeigte und /oder das in 4 gezeigte Fingermodul 100 ausgestaltet sein kann. 7th shows a schematic longitudinal section of a finger prosthesis according to the invention 200 . The finger prosthesis 200 includes a finger module 100 , for example like the one in 1 shown and / or the in 4th finger module shown 100 can be designed.

Die Fingerprothese umfasst ein sich um eine zentrale Grundelementachse GEA erstreckendes Grundelement 220 zum funktionalen Ersatz eines proximalen Fingergliedes des Fingers und ein Gelenkelement 230, wobei das Gelenkelement 230 eine der Vorderseite des Mittelabschnitts 120 des Fingermoduls 100 gegenüberliegende Rückseite des Mittelabschnitts 120 mit einer zu der Grundelementachse GEA orthogonalen Vorderseite des Grundelements 220 gelenkig verbindet.The finger prosthesis comprises a central element axis GEA extending basic element 220 for the functional replacement of a proximal phalanx of the finger and a joint element 230 , the hinge element 230 one of the front of the middle section 120 of the finger module 100 opposite back of the middle section 120 with one to the primitive axis GEA orthogonal front of the primitive 220 articulately connects.

Das Gelenkelement 230, das beispielsweise ein Scharnier umfasst, ist zur Anstellung der Mittelelementachse MAA des Mittelabschnitts 120 relativ zu der Grundelementachse GEA auf die Handflächenseite 101 des Fingermoduls 100 zu mit einem einstellbaren Gelenkwinkel β ausgelegt.The joint element 230 , which comprises a hinge, for example, is for adjusting the central element axis MAA of the middle section 120 relative to the primitive axis GEA on the palm side 101 of the finger module 100 to with an adjustable joint angle β designed.

Die Fingerprothese 200 umfasst vorzugsweise ein an einer der Vorderseite des Grundelements 220 gegenüberliegenden Rückseite des Grundelements 220 an dem Grundelement 220 angebrachtes Grundgelenkelement 250, wobei das Grundgelenkelement 250 zur gelenkigen Verbindung des Grundelements 220 mit einer sich flächig entlang einer Mittelhandebene erstreckenden Mittelhand, insbesondere mit einem Mittelhandelement 310 einer Handprothese.The finger prosthesis 200 preferably comprises one on one of the front of the base member 220 opposite back of the basic element 220 on the basic element 220 attached base joint element 250 , wherein the base joint element 250 for the articulated connection of the basic element 220 with a metacarpal extending flat along a metacarpal plane, in particular with a metacarpal element 310 a hand prosthesis.

Das Grundgelenkelement 250, das vorzugsweise ein Scharnier umfasst, ist zur Anstellung der Grundelementachse GEA des Grundelements 220 relativ zu der Mittelhandebene auf die Handflächenseite 101 des Fingermoduls 100 zu mit einem einstellbaren Grundgelenkwinkel ausgelegt.The basic joint element 250 , which preferably comprises a hinge, is for adjusting the base element axis GEA of the basic element 220 relative to the metacarpal plane on the palm side 101 of the finger module 100 designed to have an adjustable base joint angle.

Die Fingerprothese 200 umfasst vorzugsweise ein das Fingermodul 100 mit dem Grundelement 220 mechanisch verbindendes Rückstellelement (nicht dargestellt), wobei das Rückstellelement zur elastischen Rückstellung des Gelenkwinkels β auf einen Ruhe-Gelenkwinkel β₀ ausgestaltet ist, wobei der Ruhe-Gelenkwinkel beispielsweise von 0° bis 5° beträgt.The finger prosthesis 200 preferably comprises a finger module 100 with the basic element 220 mechanically connecting restoring element (not shown), the restoring element for the elastic restoring of the joint angle β is configured to a rest joint angle β ₀ , the rest joint angle being, for example, from 0 ° to 5 °.

Zumindest wenn der Gelenkwinkel β dem Ruhe-Gelenkwinkel entspricht, ist das, beispielsweise als Biegeblech ausgestaltete, Rückstellelement vorzugsweise innerhalb des Fingermoduls 100 und des Grundelements 220, beispielsweise in einer Aufnahmeöffnung 241, angeordnet.At least if the joint angle β corresponds to the joint angle of rest, the restoring element, for example designed as a bending plate, is preferably within the finger module 100 and the primitive 220 , for example in a receiving opening 241.

Die Fingerprothese 200 umfasst vorzugsweise ein Rückstellelement 240 zur mechanischen Verbindung des Grundelements 220 mit dem Mittelhandelement 310, wobei das Rückstellelement 240 zur elastischen Rückstellung des Grundgelenkwinkels auf einen Ruhe-Grundgelenkwinkel ausgestaltet ist, wobei der Ruhe-Grundgelenkwinkel beispielsweise von 0° bis 5° beträgt.The finger prosthesis 200 preferably comprises a restoring element 240 for mechanical connection of the basic element 220 with the metacarpal element 310 , the restoring element 240 is designed for the elastic resetting of the base joint angle to a base joint angle at rest, the base joint angle at rest being, for example, from 0 ° to 5 °.

Zumindest wenn der Grundgelenkwinkel dem Ruhe-Grundgelenkwinkel entspricht, ist das, beispielsweise als Biegeblech ausgestaltete, Rückstellelement 240 vorzugsweise innerhalb des Mittelhandelements 310 und des Grundelements 220 angeordnet.At least if the base joint angle corresponds to the rest base joint angle, that is, for example, configured as a bending sheet metal, resetting element 240 preferably within the middle trade element 310 and the primitive 220 arranged.

Die Fingerprothese 200 umfasst vorzugsweise eine Kopplungsvorrichtung 260, beispielsweise ein Gestänge, wobei die Kopplungsvorrichtung 260 das Gelenkelement 230 mit dem Grundgelenkelement 250 zur Kopplung des Gelenkwinkels β an den Grundgelenkwinkel mechanisch verbindendet.The finger prosthesis 200 preferably comprises a coupling device 260 , for example a linkage, the coupling device 260 the hinge element 230 with the basic joint element 250 for coupling the joint angle β mechanically connected to the base joint bracket.

Die Kopplungsvorrichtung 260 ist an dem Mittelabschnitt 120 des Fingermoduls 100 radial und axial gelagert. An dem Grundelement 220 ist die Kopplungsvorrichtung 260 nur axial gelagert. Radial ist die Kopplungsvorrichtung nicht an dem Grundelement 220, sondern an dem Mittelhandelement 310 befestigt. So wird die genannte Bewegungskopplung ermöglicht.The coupling device 260 is at the middle section 120 of the finger module 100 mounted radially and axially. At the basic element 220 is the coupling device 260 only axially supported. The coupling device is not radial on the base element 220 , but on the metacarpal element 310 attached. This enables the aforementioned coupling of movements.

Fig.8Fig. 8

8 zeigt eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen Handprothese 300. Die Handprothese 300 umfasst eine Anzahl von, beispielsweise vier, Fingerprothesen 200, die beispielsweise so wie die in 8 dargestellte Fingerprothese 200 ausgestaltet sein können. Die Fingerprothesen 200 sind jeweils über ein Grundgelenkelement 250 gelenkig mit einem Mittelhandelement 310 zum Teil-Ersatz einer Mittelhand verbunden. 8th shows a schematic plan view of a hand prosthesis according to the invention 300 . The hand prosthesis 300 comprises a number of, for example four, finger prostheses 200 which, for example, like the one in 8th finger prosthesis shown 200 can be designed. The finger prostheses 200 are each via a base joint element 250 articulated with a metacarpal element 310 connected to partial replacement of a metacarpal.

Fig.9Fig. 9

9 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Handprothese 300. Die Handprothese 300 kann beispielsweise so wie die in 8 dargestellte Handprothese ausgestaltet sein. 9 shows a schematic perspective illustration of a hand prosthesis according to the invention 300 . The hand prosthesis 300 for example, like the one in 8th be designed hand prosthesis shown.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100: FingermodulFinger module
101101: HandflächenseitePalm side
102102: HandrückenseiteBack of hand
110110: VorderabschnittFront section
111111: NagelelementNail element
120120: MittelabschnittMiddle section
130130: BiegeabschnittBending section
131131: AussparungRecess
132132: VersteifungselementStiffening element
200200: FingerprotheseFinger prosthesis
220220: GrundelementBasic element
230230: GelenkelementJoint element
231231: vorderer Gelenkteilanterior joint part
240240: RückstellelementReset element
250250: GrundgelenkelementBase joint element
260260: KopplungsvorrichtungCoupling device
300300: HandprotheseHand prosthesis
310310: MittelhandelementMetacarpal element
aa: AnstellwinkelAngle of attack
α0α0: RuhewinkelAngle of repose
αminαmin: MinimalwinkelMinimum angle
ββ: GelenkwinkelJoint angle
GEAGEA: GrundelementachsePrimitive axis
MM.: BiegemomentBending moment
MAAMAA: MittelabschnittsachseCentral section axis
MGMG: Grenz-BiegemomentBending limit moment
MmaxMmax: Maximal-BiegemomentMaximum bending moment
VAAVAA: VorderabschnittsachseFront section axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102008056520 A1 [0003]
DE 102013111161 A1 [0004]

Claims

Finger module (100) for a finger prosthesis (200) with a) a middle section (120) extending elongated around a central middle section axis (MAA) for the functional replacement of an intermediate phalanx of a finger, b) one extending elongated about a central front section axis (VAA) Front section (110) for the functional replacement of a distal phalanx of the finger and c) a bending section (130), d) wherein the bending section (130) has a front side of the middle section (120) that is orthogonal to the middle section axis (MAA) with an axis of the front section (VAA) ) connects the orthogonal rear side of the front section (110), and e) wherein the front section axis (VAA) is set relative to the central section axis (MAA) at an angle of incidence (a) towards a palm side (101) of the finger module (100), f) wherein the angle of incidence (a) in a load-free resting state of the finger module (100) corresponds to an angle of repose (α ₀ ) of 0 ° to 60 °, thereby g e indicates that g) the bending section (130) is designed for the elastic return of the angle of attack (a) to the angle of repose (α ₀ ) at least when the angle of attack (a) is reduced by 0 ° to 10 ° _{compared to the angle of repose (α 0).}

Finger module (100) Claim 1 , characterized in that a) the bending section (130) is designed to limit the angle of attack (a) at a minimum angle (amin), b) where the minimum angle (amin) is from -10 ° to + 15 °, preferably from -5 ° to + 10 °, particularly preferably from 0 ° to + 5 °.

Finger module (100) according to one of the Claims 1 until 2 , characterized in that the bending section (130) is designed in one piece with the middle section (120) and / or the front section (110), preferably with the middle section (120) and the front section (110).

Finger module (100) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the bending section (130) comprises at least one recess (131) for reducing a bending stiffness of the bending section (130) with respect to a change in the angle of attack (a).

Finger module (100) Claim 4 , characterized in that the at least one recess (131) is completely enclosed by the bending section (130).

Finger module (100) according to one of the Claims 4 until 5 , characterized in that a length of the at least one recess (131) measured along the finger module (100) extends from the back of the hand (102) of the finger module (100) opposite the palm side (101) of the finger module (100) to the palm side (101) too enlarged.

Finger module (100) according to one of the Claims 4 until 6th , characterized by a) a number of elongated stiffening elements (132) extending along the finger module (100), b) wherein the stiffening elements (132) include the at least one recess (131) to increase a bending stiffness of the bending section (130) against a change in the Bridge the angle of incidence (a) along the finger module (100) and are preferably designed in one piece with the bending section (130), c) the stiffening elements (132) being designed to reduce the angle of incidence (a) compared to the angle of repose (α ₀ ) to be deformed up to a minimum angle (amin) without changing a length of the stiffening elements (132) measured along the finger module (100) and d) with a reduction in the angle of attack (a) compared to the angle of repose (α ₀ ) above the minimum angle (amin) also to be deformed with a change in the length of the stiffening elements (132), e) the minimum angle (amin) from -10 ° to + 15 °, preferably from -5 ° to + 10 °, particularly preferably from 0 ° to + 5 °.

Finger module (100) according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the bending section (130) comprises an elastomer, preferably consists of the elastomer, the elastomer preferably a) a thermoplastic elastomer, preferably a thermoplastic polyurethane elastomer (TPU), a thermoplastic copolyester elastomer (TPC) or a is thermoplastic polyamide elastomer (TPA) and / or b) has an elongation at break of at least 60%, preferably at least 80%, particularly preferably at least 100%.

Finger module (100) Claim 8 , characterized in that the middle section (120), the front section (110) and / or the stiffening elements (132), preferably the middle section (120), the front section (110) and the stiffening elements (132), the elastomer of the bending section (130 ) include, in particular consist of the elastomer.

Finger prosthesis (200) for the functional replacement of a finger with a) a finger module (100) according to one of the Claims 1 until 9 , b) a base element (220) extending around a central base element axis (GEA) for the functional replacement of a proximal phalanx of the finger and c) a joint element (230), d) wherein the joint element (230) has a rear side of the central section (120) opposite the front side of the central section (120) of the finger module (100) with a rear side of the central section (120) with a base element axis ( GEA) articulately connects the orthogonal front side of the base element (220), e) wherein the joint element (230) for the adjustment of the central element axis (MAA) of the central section (120) relative to the base element axis (GEA) on the palm side (101) of the finger module (100) is designed with an adjustable joint angle (β).

Finger prosthesis (200) Claim 10 , characterized by a) at least one restoring element (240) mechanically connecting the finger module (100) to the base element (220), b) the restoring element (240) for the elastic restoring of the joint angle (β) to a rest joint angle at least when enlarged of the joint angle (β) with respect to the joint angle at rest is 0 ° to 45 °, preferably 0 ° to 90 °, particularly preferably 0 ° to 135 °, and c) where the joint angle at rest is from -5 ° to + 30 °, preferably from 0 ° to + 10 °, particularly preferably from 0 ° to + 5 °.

Finger prosthesis (200) Claim 11 , characterized in that the at least one restoring element (240) a) comprises a bending plate and / or b) at least if the joint angle (β) corresponds to the rest joint angle, arranged within the finger module (100) and / or the base element (220) is.

Finger prosthesis (200) according to one of the Claims 10 until 12th , characterized by a) a base joint element (250) attached to the base element (220) on a rear side of the base element (220) opposite the front side of the base element (220), b) the base joint element (250) for the articulated connection of the base element (220) with a metacarpal extending flat along a metacarpal plane, c) the base joint element (250) for adjusting the base element axis (GEA) of the base element (220) relative to the metacarpal plane on the palm side (101) of the finger module (100) at an adjustable base joint angle is designed.

Hand prosthesis (300) with at least one finger module (100) according to one of the Claims 1 until 9 and / or at least one finger prosthesis (200) according to one of the Claims 10 until 13th .

Method for producing a finger module (100) according to one of the Claims 1 until 9 , characterized by the following step: additive manufacturing, preferably laser sintering, of the finger module (100) from at least one, preferably from exactly one, material.