DE102021112989A1

DE102021112989A1 - Orthese

Info

Publication number: DE102021112989A1
Application number: DE102021112989.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Breuer-Ruesch
Original assignee: Otto Bock Healthcare Products GmbH
Current assignee: Otto Bock Healthcare Products GmbH
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-11-24
Also published as: WO2022243376A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Orthese mit einem Fußteil (10) und einem Unterschenkelteil (20), die über eine Feder (30) miteinander verbunden sind, wobei die Feder (30) ausgehend von einer Neutralstellung bei einer Dorsalflexion einen höheren Widerstand als bei einer Plantarflexion bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Orthese mit einem Fußteil und einem Unterschenkelteil, die über eine Feder miteinander verbunden sind. Eine solche Orthese wird häufig als eine Fußheberorthese eingesetzt, die bei Nutzern mit einer Peroneusparese angelegt wird, um den sogenannten Fallfuß zu verhindern bzw. dessen Auswirkungen zu mindern.
Bei mangelnder Stabilität des Knöchelgelenks sowie nicht ausreichender Muskelkraft kann es sinnvoll und notwendig sein, eine Knöchel-Fuß-Orthese (Ankle-Foot-Orthosis oder AFO) einzusetzen. Durch die Knöchel-Fuß-Orthese wird der Fuß in einer Zuordnung zu dem Schienbein gehalten und verhindert eine ungewollte Dorsalflexion ebenso wie eine Plantarflexion, wenn der Fuß unbelastet ist. Beim Gehen unterstützt die Orthese den Patienten, indem eine dorsal flektierte Stellung beim Fersenauftritt beibehalten und ein Abdrücken in der terminalen Standphase ermöglicht wird. Ebenso wird eine ungewollte Pronation und Supination des Fußes vermieden. Erstrecken sich solche Orthesen über das Kniegelenk, handelt es sich um eine sogenannte KAFO (Knee- Ankle-Foot-Orthosis).
Die DE 603 15 698 T2 betrifft eine Fußgelenk-Fußorthese mit einem strukturellen Rahmen, der eine Fußplatte, einen inneren Anteil und einen Fußgelenksanteil aufweist und sich in zwei frontale Stützelemente aufspaltet, die frontal zu dem Schienbein medial und lateral angeordnet sind. Über eine Befestigungsvorrichtung in Gestalt eines Klettverschlussriemens kann die Fußgelenk-Fußorthese an dem Patienten angelegt werden.
Eine weitere AFO ist aus der DE 10 2012 011 466 A1 bekannt, bei der ein Fußteil mit einem Unterschenkelteil über eine Feder verbunden ist. Die Nutzer einer solchen Orthese haben den Vorteil, dass die Verformungsenergie, die in der Feder gespeichert ist, bei einer Zehenablösung zur Schwungphaseneinleitung zurückgegeben wird, allerdings ist dieser Vorteil mit der Einschränkung verbunden, dass der Fuß in der Neutralstellung und insbesondere in der Schwungphase kaum bewegt werden kann. Darüber hinaus ist die individuelle Auslegung einer AFO schwierig und im Nachhinein nicht mehr zu korrigieren.
Orthesen mit einem Unterschenkelteil und einem Fußteil, die über ein Gelenk miteinander gekoppelt sind und um eine definierte Schwenkachse zueinander verschenkt werden können, weisen einen komplexen Aufbau auf, sind vergleichsweise schwer und benötigen einen großen Bauraum.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Orthese bereitzustellen, die leicht ist, wenig Platz einnimmt, einen geringen Komplexitätsgrad aufweist und eine Energierückgewinnung bei optimierten Steifigkeiten ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Orthese mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
Die Orthese mit einem Fußteil und einem Unterschenkelteil, die über eine Feder miteinander verbunden sind, sieht vor, dass die Feder ausgehend von einer Neutralstellung bei einer Dorsalflexion einen höheren Widerstand als bei einer Plantarflexion bereitstellt. Eine Plantarflexion ist die Bewegung, die ein Fuß macht, wenn die Fußspitze nach unten bewegt wird, eine Dorsalflexion ist die Fußbewegung, die der Fuß macht, wenn die Fußspitze in Richtung auf das Schienbein bewegt wird. Die Neutralstellung ist bei der Orthese diejenige Stellung, die ein unbelastete Orthese einnimmt, insbesondere eine Orthese, die sich in der in der Schwungphase befindet, ohne dass Kräfte auf das Fußteil und das Unterschenkelteil ausgeübt werden, die eine Dorsalflexion oder Plantarflexion des Fußteils bewirken würden. Die Feder verbindet das Fußteil, auf dem der Fuß bevorzugt vollständig, zumindest jedoch teilweise aufgesetzt ist, mit dem Unterschenkelteil, das zur Abstützung des Fußteils an dem Unterschenkelteil mit entsprechenden Befestigungseinrichtungen ausgestattet ist. Die Befestigungseinrichtungen sind insbesondere Schnallen, Gurte, Spangen oder andere Formschlusselemente oder den Unterschenkel zumindest teilweise umgreifende Komponenten. Der Fuß wird auf das Fußteil aufgesetzt, das Unterschenkelteil wird an dem Unterschenkel angelegt und dort befestigt. An dem Unterschenkelteil sind insbesondere Anlageflächen oder Anlagebereiche für einen Teil des Unterschenkels angeordnet oder ausgebildet, beispielsweise spangenartige Anlagebereiche, die eine große Anlagefläche aufweisen. Die Anlagefläche kann mit einem Polster versehen sein. Die Feder, die das Fußteil, das ein starres oder elastisches Bauteil sein kann, mit dem Unterschenkelteil verbindet, ermöglicht eine Verschwenkung von Unterschenkel zu Fuß und damit von Unterschenkelteil zu Fußteil. Dabei stellt die Feder keine definierte Schwenkachse bereit, sondern ermöglicht eine Dorsalflexion und Plantarflexion durch eine Verformung der Feder. Ausgehend von einer Neutralstellung stellt die Feder bei einer Dorsalflexion einen höheren Widerstand als bei einer Plantarflexion bereit, wodurch es möglich ist, die Plantarflexion möglichst wenig zu behindern, um z.B. beim Sitzen oder auch bei Fersenauftritt eine verbesserte Fußpositionierung zu ermöglichen. Weiterhin wird durch eine solch unterschiedliche Biegesteifigkeit das Kniegelenk beim Stehen auf schrägem Untergrund weniger in die Beugung gedrückt. Gleichzeitig erfolgt beim Überrollen und dem Zehenabdruck am Ende der Standphase eine ausgeprägte Energierückgabe durch die Federwirkung. Auch die dabei auftretende streckende Wirkung auf das Kniegelenk durch die Stabilität in Dorsalflexionsrichtung ist erwünscht. Darüber hinaus ist die Wadenmuskulatur bei Nutzern von AFO oder KAFO häufig in ihrer Funktion beeinträchtigt, wodurch die Feder bei der Dorsalflexion eine wichtige Aufgabe zur Abstützung des Fußes übernimmt.
In einer Weiterbildung ist die Feder mit einem Kraftübertragungselement gekoppelt, das Kräfte nur bei einer Verlagerung in Dorsalflexionsrichtung überträgt. Das Kraftübertragungselement ist beispielsweise als Zugstange, Kabel, Gurt oder Teleskopstange ausgebildet und bewirkt, dass eine Verlagerung in Plantarflexionsrichtung ohne eine Kraftübertragung durch das Kraftübertragungselement stattfindet. Wird eine Dorsalflexionsbewegung ausgeführt, also die Feder in die entgegengesetzte Richtung gebogen, wird das Kraftübertragungselement beispielsweise mit einer Zugkraft beaufschlagt, sodass eine Versteifung der Feder und ein erhöhter Dorsalflexionswiderstand bereitgestellt wird. Das Kraftübertragungselement ist vorteilhafterweise starr hinsichtlich der Übertragung von Zugkräften ausgebildet, gegenüber Druckkräften ist es nachgiebig oder flexibel ausgebildet, was beispielsweise über zugstarre Zugmittel wie Gurte, Kabel, Seile oder auch einen Teleskopstab gut realisierbar ist.
Das Kraftübertragungselement ist in einer Ausgestaltung verstellbar oder einstellbar ausgebildet oder gelagert. Bei einer flexiblen, unelastischen Ausgestaltung des Kraftübertragungselementes kann dieses in unterschiedlichen Positionen an der Feder festgelegt oder der Befestigungsort kann einstellbar oder verlagerbar ausgebildet sein. Die Verstellbarkeit kann beispielsweise über ein Gewinde, eine verschiebliche Lagerung, eine Drehlagerung an einem Exzenter oder eine Festlegung in diskreten Positionen an unterschiedlichen Befestigungselementen erfolgen. Je nach Position ergibt sich beispielsweise ein unterschiedlicher Leerweg bei der Verlagerung oder eine erhöhte Vorspannung der Feder in Richtung auf eine Dorsalflexion.
Dem Kraftübertragungselement ist in einer Ausgestaltung ein Aktuator zugeordnet, durch den der Ort der Kraftübertragung und/oder der Zeitpunkt der Kraftübertragung verändert werden kann. Der Aktuator verstellt die Position der Krafteinleitung des Kraftübertragungselementes an der Feder und/oder dem Fußteil, sodass in Abhängigkeit von der Stellung des Fußteils zu dem Unterschenkelteil bzw. der Biegung der Feder ein unterschiedlich hoher Widerstand bereitgestellt wird. Ebenso wird bei einer Verlagerung des Krafteinleitungspunktes des Kraftübertragungselementes der Ort der Krafteinleitung und damit auch der mögliche Widerstand gegen eine Plantarflexion und Dorsalflexion eingestellt. Über den Aktuator besteht die Möglichkeit, die wirksame Länge des Kraftübertragungselementes zu verändern, also zu verkürzen oder zu vergrößern. Bei einer Verkürzung erhöht sich der Flexionswiderstand, sodass beispielsweise beim Gehen ein verbesserter oder stärkerer Zehenabdruck ermöglicht wird. Im Gegensatz dazu kann bei einer gewünschten geringeren Steifigkeit, beispielsweise beim Sitzen, der Widerstand durch eine Verlängerung des Kraftübertragungselementes, sofern dies als Zugelement ausgebildet ist, verringert werden. Dadurch kann adaptiv die Steifigkeit des Aufbaus der Orthese an die Gangsituation oder die Nutzungssituation angepasst werden.
In einer Ausgestaltung weist die Feder mehrere Federelemente auf, wodurch eine individuelle Anpassung an den jeweiligen Nutzer leicht möglich ist. Darüber hinaus bietet die Ausgestaltung der Feder mit mehreren Federelementen eine vergrößerte Variabilität bei der Einstellung der jeweiligen Widerstände gegen Plantarflexion und Dorsalflexion.
In einer Ausgestaltung sind mehrere Federelemente in der Neutralstellung beabstandet zueinander angeordnet, diese Federelemente legen sich bei einer Dorsalflexion aneinander an. Der Abstand der Federelemente zueinander kann minimal sein, wesentlich ist, dass zwischen den Federelementen eine Grenzfläche ausgebildet ist und die Federelemente sich voneinander zumindest bereichsweise trennen lassen. Findet eine Dorsalflexion statt, legen sich die Federelemente aneinander an oder werden verstärkt aneinander gepresst, sodass sich eine Kopplung der einzelnen Federelemente ergibt. Aufgrund der Wechselwirkung zwischen den einzelnen Federelementen bei einer Dorsalflexion des Fußteils erhöht sich der Widerstand des Federelementes. Bei einer Plantarflexion trennen sich die einzelnen Federelemente voneinander und heben sich zumindest bereichsweise voneinander ab, sodass die einzelnen Federelemente gemeinsam einen geringeren Widerstand gegen eine Verformung bereitstellen als in einem aneinander angelegten Zustand. Je mehr Federelemente voneinander getrennt parallel zueinander angeordnet sind, desto stärker macht sich dieses Verhalten bemerkbar.
In einer Ausgestaltung sind die Federelemente nebeneinander oder hintereinander dergestalt angeordnet, dass sie sich bei einer Dorsalflexion des Fußteils nacheinander aneinander anlegen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Abstände zwischen den Federelementen nicht gleichmäßig sind, sondern gestuft in sich vergrößernden Abständen ausgebildet sind. Dadurch wird bei einer zunehmenden Dorsalflexion zunächst das Aneinanderanliegen zweier Federelemente, dann dreier Federelemente und dann der anderen Federelemente bewirkt. Die Federelemente werden nacheinander in Abhängigkeit von dem erreichten Flexionswinkel zugeschaltet und in Eingriff gebracht oder wirksam geschaltet.
Zwischen den Federelementen ist in einer Ausgestaltung ein Abstandshalter angeordnet, über den eingestellt werden kann, wann zwei Federelemente aneinander anliegen und zusammenwirken. Die Abstandhalter können elastisch oder deformierbar ausgebildet sein, sodass eine Dämpferwirkung bereitgestellt wird, wenn sich die Federelemente relativ zueinander bewegen und den oder die Abstandhalter verformen. Dadurch ist eine Beeinflussung des Widerstandsverhaltens der Feder und der Federelemente möglich. Zudem wird der gefühlte Anstieg der Biegesteifigkeit und des erhöhten Widerstandes gegen eine Verformung der Feder weniger abrupt als ohne Abstandshalter. Bei auswechselbaren Abstandshaltern ist eine Anpassung an unterschiedliche Patienten und unterschiedliche Widerstände je nach Wunsch oder Einsatzgebiet möglich. Somit können auch nach der Herstellung der Orthese nachträglich Anpassungen in dem vorgenommen werden.
Sofern der Abstandhalter verlagerbar an einem der Federelemente gelagert ist, ist die Einstellung und Verstellung leicht durch einen Orthopädietechniker oder den Nutzer der Orthese möglich, sodass individuelle Bedürfnisse einfach und kostengünstig erfüllt werden können. Der Abstandhalter kann auch dazu verwendet werden, die Form und/oder Position des Kraftübertragungselementes zu verändern, wodurch bei einem Gurt oder Seil die sogenannte Lose oder der Durchhang oder die Vorspannung eingestellt werden kann. Der Abstandhalter selbst oder die Abstandshalter können zusätzlich elastische Eigenschaften aufweisen, die in Kombination mit den anderen Federelementen den Widerstand gegen eine Verformung beeinflussen.
Zur Verstellung und/oder Verlagerung des Abstandshalters oder der Abstandshalter ist zumindest ein Aktuator dem Abstandshalter oder den Abstandshaltern zugeordnet. Der Aktuator ist beispielsweise als motorischer Antrieb, Piezoelement, Magnetantrieb, Solenoid oder dergleichen ausgebildet und wirkt direkt oder über ein Bauteil auf den oder die Abstandshalter ein.
In einer Ausgestaltung sind die Federelemente als Blattfedern ausgebildet, insbesondere als Blattfedern aus einem Faserverbundwerkstoff. Die einzelnen Blattfedern können an ihren Enden oder zumindest an einem ihrer Enden miteinander gekoppelt sein; derjenige Bereich, der die Federelemente miteinander gekoppelt, kann ein Teil eines Federelementes oder aller Federelemente sein, von dem aus sich die anderen Federelemente in einer entsprechenden, gleichen Richtung erstrecken.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Federelemente parallel zueinander angeordnet und in der Neutralstellung in einem entgegen der Gehrichtung gewölbten Bogen geformt. Die parallele Anordnung bezieht sich dabei auf die Parallelschaltung, eine geometrische Parallelität kann vorhanden sein, ist aber nicht notwendig. Der Bogen ist konvex entgegen der Gehrichtung oder auf das hintere Ende des Fußteils hin gewölbt, wodurch sich bei einer Plantarflexion die einzelnen Federelemente voneinander entfernen, sodass ein vergleichsweise geringer Widerstand durch die Feder bereitgestellt wird, da sich die einzelnen Federelemente in einem voneinander weg bewegten Zustand leichter verformen lassen als einer umgekehrten Belastung, bei der die Federelemente aneinander anlegen und gemeinsam einen erhöhten Widerstand gegen eine Dorsalflexion erzeugen.
Die Federelemente können unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen, um einen abgestuften Verlauf einer Widerstandserhöhung bereitzustellen, wenn die Federelemente nacheinander wirksam werden oder nacheinander miteinander kombiniert werden.
Die Feder weist in einer Ausgestaltung ein Basisfederelement auf, an dem das Fußteil und das Unterschenkelteil angeordnet sind, insbesondere daran befestigt oder angeformt. Die Feder kann als separate Komponente ausgebildet sein und nach ihrer Fertigstellung mit dem Fußteil und dem Unterschenkelteil dauerhaft oder wiederholt lösbar und daran festlegbar verbunden sein. Einen verringerten Montageaufwand, eine Gewichtsersparnis sowie eine Verringerung der Komplexität wird erzielt, wenn die Feder gemeinsam mit dem Fußteil und dem Unterschenkelteil im Rahmen des Herstellverfahrens angeformt ist und durch Urformen eine einstückige Ausgestaltung des Basisfederelementes mit dem Fußteil und dem Unterschenkelteil erzeugt wird. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Feder mit mehreren Federelementen einstückig durch eine stoffschlüssige Verbindung auszugestalten, ebenso kann dabei auch das Unterschenkelteil und das Fußteil mit angeformt werden.
Sofern ein Basisfederelement mit dem Fußteil und dem Unterschenkelteil verbunden oder gemeinsam einstückig ausgebildet ist, besteht die Möglichkeit, dass ein weiteres Federelement auswechselbar an dem Basisfederelement gelagert ist. Durch eine Auswechselbarkeit des weiteren Federelementes ist es möglich, eine individuelle Anpassung oder auch leicht eine Reparatur durchzuführen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten. Es zeigen:

1 - eine schematische Darstellung einer AFO;
2 - eine Ausführungsform einer Feder in Einzelansicht;
3 - eine Detailansicht einer Feder mit Kraftübertragungselement;
4 - eine Detailansicht einer Feder mit mehreren Federelementen;
5 - eine Variante der Federgestaltung; sowie
6 - eine Variante der 5 mit Aktuatoren.

In der 1 ist in einer schematischen Darstellung in der Seitenansicht eine Orthese in Gestalt einer Knöchel-Fuß-Orthese mit einem Fußteil 10 und einem daran angeformten Unterschenkelteil 20 gezeigt. Das Fußteil 10 weist eine flache Auflagefläche auf, auf der der Fuß vollständig aufgesetzt werden kann. Die Auflagefläche erstreckt sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über die gesamte Fußlänge. Alternativ können kürzere Auflagenflächen vorgesehen sein, beispielsweise kann die Auflagefläche des Fußteils 10 im Bereich des Fußballens vor den Zehen oder im Mittelfußbereich enden. Von der Mitte der plattenförmigen Auflagefläche erstreckt sich in dem dargestellten Beispiel von der medialen Seite aus eine Verbindungsstrebe schräg nach hinten und oben und mündet dort in eine Feder 30, die einen Teil des Unterschenkelteils 20 darstellt. In einer alternativen Ausführung sind zwei Verbindungsstreben vorgesehen, die von medial und lateral schräg nach hinten oben verlaufen; auch eine laterale Anordnung einer Verbindung strebe ist ein Option. An dem proximalen Ende des Unterschenkelteils 20 ist eine schalenartige Aufnahme für die Wade ausgebildet. Alternativ zu einer rückwärtigen Anordnung der Schale an dem Wadenmuskel ist es möglich, in dem Bereich des Schienbeines eine entsprechende Anlage oder ein entsprechendes Aufnahmeelement anzuordnen. Über nicht dargestellte Befestigungseinrichtungen wie Gurte, Schnallen oder dergleichen wird das Unterschenkelteil 20 an dem nicht dargestellten Unterschenkel fixiert.
Das Fußteil 10 kann ebenfalls eine Befestigungseinrichtung zur Festlegung eines aufgesetzten Fußes auf der Auflagefläche aufweisen. In einer Ausgestaltung ist der Fersenbereich geschlossen ausgebildet, wodurch eine verbesserte Stabilität erreicht wird. Alternativ zur der Verbindung des Fußteils 10 mit dem Unterschenkelteil 20 über die schräg nach hinten verlaufende Strebe ist es möglich und vorgesehen, das Unterschenkelteil 20 in dem Fersenbereich der Fußplatte nach oben in proximaler Richtung zu führen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Fußteil 10 und das Unterschenkelteil 20 einstückig aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Die Feder 30 ist dadurch integraler Teil des Unterschenkelteils 20 und bildet die Verbindung mit dem Fußteil 10 aus. Die Feder 30 oder der Federbereich ermöglicht eine Verschwenkung des proximalen Endes des Unterschenkelteils 20 relativ zu dem Fußteil 10 nach vorn und nach hinten, wobei die Verlagerung über eine Verformung der Feder 30 erfolgt. Eine definierte Gelenkachse wird durch die Feder 30 nicht ausgebildet.
Alternativ zu einer einstückigen Ausgestaltung von Fußteil 10, Unterschenkelteil 20 und Feder 30 können diese auch als separate Komponenten ausgebildet sein. Beispielsweise können das Fußteil 10 und das Unterschenkelteil 20 Aufnahmeeinrichtungen wie Bohrungen, Ausnehmungen oder Steckmuffen aufweisen, in die jeweils ein Ende der Feder 30 eingesetzt und fixiert wird. Die Fixierung kann beispielsweise dauerhaft über eine Verklebung erfolgen, alternativ kann eine mechanische Festlegung und Lösung der Feder 30 über Befestigungselemente wie Bolzen, Schrauben, Clipselemente oder dergleichen erfolgen. Die Feder und das Fußteil oder das Unterschenkelteil können ein einstückiges Bauteil ausbilden, das dann mit dem fehlenden Bauteil zu der Orthese kombiniert wird.
In der 2 ist eine Detaildarstellung einer Feder 30 aus insgesamt drei Federelementen 31, 32, 33 dargestellt, die im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind. Alle Federelemente 31, 32, 33 sind parallel wirksam zueinander angeordnet und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an dem oberen, proximalen Ende und dem unteren, distalen Ende miteinander verbunden. Die Verbindung kann stoffschlüssig durch Eingießen oder Einlaminieren oder Verkleben erfolgen, alternativ können die einzelnen Federelemente 31, 32, 33 miteinander verklemmt oder verschraubt sein. Alle Federelemente 31, 32, 33 sind als Blattfedern ausgebildet und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Über die beanstandete Anordnung in den Endbereichen wird ein Freiraum zwischen den Federelementen 31, 32, 33 über die gesamte Länge bewirkt; alternativ können die separaten Federelemente 31, 32, 33 in der dargestellten Neutralstellung aneinander anliegen. Es ist auch vorgesehen und möglich, dass der Abstand zwischen einem ersten Federelement 31 und einem zweiten Federelement 32 unterschiedlich zu dem Abstand zwischen dem zweiten Federelement 32 und einem dritten Federelement 33 ist.
In der dargestellten Neutralstellung in der 2 weist die Feder 30 einen Bogen 35 auf, der konvex in Richtung auf einen hinteren Bereich des Fußteils 10 ausgebildet ist. Eine solche Anordnung hat zur Folge, dass bei einer Verformung der Endbereiche der Feder 30 bei einer Dorsalflexion, wenn die Oberseite des Fußteils 10 sich in Richtung auf das proximale, vordere Ende des Unterschenkelteils 20 bewegt, die einzelnen Federelemente 31, 32, 33 aufeinander zu bewegt werden und sich der Abstand zwischen den Federelementen 31, 32, 33 insbesondere im Bereich des Bogens 35 verringert. Bei einer umgekehrten Bewegung, der Plantarflexion, werden die einzelnen Federelemente 31, 32, 33 auseinander bewegt, sodass sich der Abstand zwischen den Federelementen 31, 32, 33 ebenfalls insbesondere in dem Bereich des Bogens 35 vergrößert. Dies hat zur Folge, dass aufgrund der Separierung der Federelemente 31, 32, 33 voneinander jeweils nur ein verringerter Verformungswiderstand bereitgestellt wird, sodass ein vergleichsweise geringer Flexionswiderstand bei einer Plantarflexion des Fußteils 10 erfolgt.
Die Abstände zwischen den Federelementen 31, 32, 33 können so gewählt werden, dass alle Federelemente 31, 32, 33 gleichzeitig aneinander anliegen und somit eine schlagartige Erhöhung des Widerstandes gegen eine Dorsalflexion bereitgestellt wird. Treten die Federelemente 31, 32, 33 aufgrund einer entsprechenden Beanstandung nacheinander in Kontakt, ergibt sich eine abgestufte Vergrößerung des Widerstandes gegen eine Dorsalflexion durch die Feder 30.
Zwischen den Federelementen 31, 32, 33 können Abstandshalter angeordnet sein, die im Wesentlichen starr oder alternativ deformierbar, insbesondere elastisch ausgebildet sind. Diese Abstandshalter oder Abstandselemente können auswechselbar und verschieblich oder an unterschiedlichen Positionen an den jeweiligen Federelementen 31, 32, 33 angeordnet sein. Über die Abstandshalter ist es möglich, den Zeitpunkt und den Ort der Kontaktierung und der Kraftübertragung zwischen zwei Federelementen 31, 32, 33 zu definieren und zu verändern. Ebenso kann die Art der Kraftübertragung verändert werden. Werden starre Abstandshalter oder Distanzelemente eingesetzt, findet eine unmittelbare Kraftübertragung statt, wenn der Kontakt mit den Federelementen vorhanden ist. Sind die Abstandshalter oder Distanzelemente deformierbar, wird ein Teil der zu übertragenen Kraft für die Verformung des Abstandshalters oder der Abstandshalter aufgewendet, sodass eine Dämpfung und gegebenenfalls Energiespeicherung in den Abstandshaltern stattfindet. Somit kann der Anstieg des Verformungswiderstandes durch die Kopplung mehrerer Federelemente miteinander sanft und weniger abrupt stattfinden.
Eine Variante der Feder ist in der 3 gezeigt, bei der an einem Basisfederelement 31 mehrere Abstandshalter 40 beanstandet zueinander mit Freiräumen entlang der Längserstreckung des Basisfederelementes 31 angeordnet sind. Die Abstandshalter 40 stellen einen Mindestabstand des Basisfederelementes 31 zu einem Kraftübertragungselement 60 her, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein flexibles, zugstarres und drucknachgiebiges Zugmittel, beispielsweise ein Gurt, Kabel oder Seil ausgebildet ist. Alternativ kann das Kraftübertragungselement 60 auch eine Elastizität aufweisen. Wird das Federelement 31 bei einem festliegenden, unteren Ende mit dem oberen Ende nach links gebogen, ergibt sich eine Wölbung des Federelementes 31. Die fest an dem Federelement 31 angeordneten Abstandshalter 40 fächern sich auf und das Kraftübertragungselement 60 wird auf Zug belastet, da sich der Weg zwischen den beiden Enden des Kraftübertragungselementes 60 aufgrund der Biegung vergrößert. Dies führt entweder zu einer elastischen Verlängerung des Kraftübertragungselementes 60 oder zu einer Kompression der Abstandshalter 40 und in beiden Fällen zu einer Vergrößerung des Widerstandes gegen eine weitere Biegung der Feder 30. Erfolgt eine Verformung und Biegung des oberen Endes nach rechts, bewegen sich die rechten Enden der Abstandshalter 40 aufeinander zu, der Abstand zwischen den Abstandshaltern 40 verringert sich und das Kraftübertragungselement 60 wird aufgrund der Flexibilität verformt. Sofern eine Zugspannung innerhalb des Kraftübertragungselementes 60 vorhanden ist, wird diese verringert. Bei einer Ausgestaltung beispielsweise als Seil oder Gurt faltet sich dieses oder dieser zusammen. Der Widerstand gegen eine Biegung nach rechts in Richtung einer Plantarflexion des Fußteils 10 wird somit allein durch das Federelement 30 bereitgestellt und ist somit geringer als bei einer entgegengesetzt gerichteten Biegung bei einer Dorsalflexion des Fußteils 10.
Alternativ zu der Ausgestaltung des Kraftübertragungselementes 60 als Gurt oder Seil kann dieses auch als ein Teleskopelement ausgebildet sein. Alle Kraftübertragungselemente können mit einem Aktuator gekoppelt sein, um eine Veränderung der effektiven Länge zu erzielen.
In der 4 ist in einer Detailansicht ein Ausschnitt einer Feder 30 mit mehreren Federelementen 31, 32, 33 dargestellt. Zwischen den Federelementen 31, 32, 33 sind Freiräume ausgebildet, sodass sich die Federelemente 31, 32, 33 in der dargestellten Neutralstellung nicht berühren. Die Feder 30 ist einstückig ausgebildet, sodass oberhalb der Freiräume zwischen den Federelementen 31, 32, 33 ein durchgehender Materialbereich vorhanden ist, insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff. Die Feder 30 weist eine leichte Krümmung auf, sodass sich wie anhand der 2 erläutert bei einer Biegung nach links sich ein erhöhter Widerstand und eine damit einhergehendes größeres Moment gegen eine Verformung der Feder 30 ergibt, während bei einer Biegung nach rechts ein geringeres Moment notwendig ist, um eine Verformung zu bewirken. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Krümmungsradien aller Federelemente 31, 32, 33 gleich groß, in einer Variante sind die Krümmungsradien verschieden. Ebenso können die Abstände zwischen den Federelementen 31, 32, 33 ungleichmäßig sein und sich auch über die Länge der Federelemente 31, 32, 33 verändern.
In der 5 ist in einer schematischen Schnittdarstellung eine Schnittdarstellung einer Feder 30 gezeigt, bei der ein Kraftübertragungselement in Gestalt eines Zugmittels 40 an zwei zueinander beabstandeten Enden an der Feder 30 festgelegt ist. Ein Abstandshalter 60 ist wellenförmig ausgebildet und zwischen der Feder 30 und dem Zugmittel 40 angeordnet. Der Abstandshalter 60 weist keine oder eine sehr geringe Biegesteifigkeit auf, sodass eine sehr stabile Aufrechterhaltung eines Abstandes zwischen dem Kraftübertragungselement 40 und der Feder 30 erreicht wird, ohne dass die Biegeeigenschaften und Verformungswiderstände der Feder 30 durch den Abstandshalter 60 beeinflusst werden. Das Material des Abstandshalters 60 ist dem dargestellten Ausführungsbeispiel druckstabil, sodass aufgrund der nahezu senkrecht orientierten Abschnitte zwischen der Feder 30 und dem Abstandshalter 40 eine Annäherung des Kraftübertragungselementes 40 in Richtung auf die Feder 30 weitgehend verhindert wird. Wird die Feder 30 mit ihren beiden Enden nach oben gebogen, ergibt sich ein Biegewiderstand allein aus der Biegesteifigkeit der Feder 30. Bei einer entgegengesetzt gerichteten Bewegung wird das Zugmittel 40 gespannt und bewirkt eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der Feder 30, wobei der Grad der Erhöhung der Biegesteifigkeit durch Elastizitätseigenschaften des Kraftübertragungselementes 40 und gegebenenfalls des Abstandshalters 60 bedingt ist. Je höher die Elastizität des Kraftübertragungselementes 40, desto geringer ist die Erhöhung der Biegesteifigkeit der Feder 30, gleiches gilt für die Elastizität des Abstandshalters 60.
In der 6 ist eine Variante der Feder 30 gemäß 5 gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel ist nur das rechte Ende des Kraftübertragungselementes 40 an dem rechten Ende der Feder 30 fixiert, während das linke Ende mit einem Aktuator 50 gekoppelt ist. Der Aktuator 50 kann beispielsweise als ein Motor mit Getriebe und einer Spindel zum Aufwickeln des Kraftübertragungselementes 40 ausgebildet sein. Alternative Aktuatoren wie Linearaktuatoren, Magnetschalter, Hebel, Pilzelemente oder dergleichen können an der Feder 30 oder in einer anderen Komponente der Orthese angeordnet und mit dem Kraftübertragungselement 40 verbunden sein. Über den Aktuator 50 kann die Spannung oder die effektive Länge des Kraftübertragungselementes 40 verändert werden. Wird die effektive Länge verkürzt und das Kraftübertragungselement 40 nach links gezogen, beispielsweise indem es aufgewickelt wird, erhöht sich die Spannung innerhalb des Kraftübertragungselementes 40 und damit die Biegesteifigkeit der gesamten Konstruktion gegen eine Biegung nach unten; eine Biegung der beiden Enden der Feder 30 nach oben wird dadurch erleichtert.
Alternativ oder ergänzend ist ein Aktuator 50 dem Abstandshalter 60 zugeordnet, um den Abstandshalter 60 zu verlagern oder in seinen Eigenschaften zu verändern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Abstandshalter 60 bereichsweise von der Feder 30 entfernt, wodurch sich die Strecke zwischen den beiden entgegengesetzten Enden des Kraftübertragungselementes 40 vergrößert und eine entsprechende Spannungserhöhung und Erhöhung der Gesamtsteifigkeit erzielt wird. Wird der Abstandshalter 60 in Richtung auf die Feder 30 gezogen, verringert sich die Strecke zwischen den beiden Endpunkten des Kraftübertragungselementes 40 und eine gegebenenfalls vorhandene Spannung innerhalb des Kraftübertragungselementes 40 wird verringert. Sowohl über die Veränderung der effektiven Länge oder Position des Kraftübertragungselementes 40 als auch durch eine Veränderung der Position oder auch der Elastizitätseigenschaften oder Verformungseigenschaften des Abstandshalters 60 ist es möglich, die Biegesteifigkeit der Feder 30 einzustellen. Der Abstandshalter 60 kann beispielsweise mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt sein, die durch das Anlegen eines Magnetfeldes hinsichtlich der Viskosität und damit der Nachgiebigkeit verändert werden kann, sodass darüber die Biegesteifigkeit der Feder 30 verändert wird. Die Spule zur Erzeugung oder Veränderung des Magnetfeldes ist dann der Aktuator. Die Einstellung kann situationsbedingt beispielsweise durch den Nutzer der Orthese, den Orthopädietechniker oder auch durch eine künstliche Intelligenz erfolgen. Alternativ oder ergänzend sind Sensoren einer Steuerungseinrichtung zugeordnet, die der Steuerungseinrichtung Sensorwerte übermitteln. Auf der Grundlage der übermittelten Sensorwerte werden die Aktuatoren 50 aktiviert oder deaktiviert. Die Sensoren sind an der Orthese, zumindest an dem Nutzer angeordnet und übermitteln Daten, die insbesondere die Belastung, die Gangsituation und/oder die Umgebung repräsentieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60315698 T2 [0003]
DE 102012011466 A1 [0004]

Claims

Orthese mit einem Fußteil (10) und einem Unterschenkelteil (20), die über eine Feder (30) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (30) ausgehend von einer Neutralstellung bei einer Dorsalflexion einen höheren Widerstand als bei einer Plantarflexion bereitstellt.
Orthese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (30) mit einem Kraftübertragungselement (40) gekoppelt ist, das Kräfte nur bei einer Verlagerung des Fußteils (10) in Dorsalflexionsrichtung überträgt.
Orthese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (40) als Zugstange, Kabel, Gurt oder Teleskopstange ausgebildet ist.
Orthese nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (40) verstellbar oder einstellbar ausgebildet oder gelagert ist.
Orthese nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraftübertragungselement (40) ein Aktuator (50) zugeordnet ist, über den der Ort der Kraftübertragung und/oder der Zeitpunkt der Kraftüberragung veränderbar ist.
Orthese nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (30) mehrere Federelemente (31, 32, 33) aufweist.
Orthese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Federelemente (31, 32, 33) in der Neutralstellung beabstandet zueinander angeordnet sind und sich bei einer Dorsalflexion aneinander anlegen.
Orthese nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (31, 32, 33) sich bei einer Dorsalflexion nacheinander aneinander anlegen.
Orthese nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Federelementen (31, 32, 33) ein Abstandshalter (60) angeordnet ist.
Orthese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (60) verlagerbar an einem der Federelemente (31, 32, 33) gelagert ist.
Orthese nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abstandshalter (60) ein Aktuator (50) zugeordnet ist.
Orthese nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (31, 32, 33) als Blattfedern ausgebildet sind.
Orthese nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (31, 32, 33) parallel zueinander angeordnet sind und in der Neutralstellung in einem entgegen der Gehrichtung gewölbten Bogen (35) geformt sind.
Orthese nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (31, 32, 33) unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen.
Orthese nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (30) ein Basisfederelement (31) aufweist, an dem das Fußteil (10) und das Unterschenkelteil (20) angeordnet sind.
Orthese nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Basisfederelement (31) zumindest ein weiteres Federelement (32, 33) auswechselbar gelagert ist.