DE69524250T2

DE69524250T2 - Rotationsdämpfer in einer kniegelenkprothese

Info

Publication number: DE69524250T2
Application number: DE69524250T
Authority: DE
Inventors: Finn Gramnaes
Original assignee: Gramtec Innovation AB
Current assignee: Gramtec Innovation AB
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: JP3654903B2; SE9403406L; DE69524250D1; EP0786977B1; US5921358A; ATE209471T1; EP0786977A1; ES2168388T3; WO1996010969A1; DK0786977T3; SE9403406D0; SE502951C2; JPH10506821A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationsdämpfer für sogenannte Schwungphasensteuerung an Kniegelenk-Prothesen. Diese Schwungphasensteuerung sorgt für eine Dämpfung der Vorwärtsschwungbewegung eines begrenzten Schwungwinkels, die eintritt, wenn der untere Teil der Kniegelenk-Prothese nach einem ausgeführten Schritt für die Einleitung des nächsten Schrittes rasch vorwärts bewegt wird. Ohne eine solche Rotationsdämpfung des Gelenks hat der Prothesenträger einen holprigen Gang, was nicht nur unnatürlich ist, sondern auch eine erhöhte Belastung der Prothese und der Teile des Körpers, die mit dieser zusammenwirken, mit sich bringt.
Für eine solche Rotationsdämpfung von Kniegelenk-Prothesen wurden früher in einfacheren Fällen dämpfende Gummiblocks genutzt, und bei ausgefeilteren Ausführungsformen mehr oder weniger komplexe hydraulische Systeme mit Ventilen und Kolben ziemlich kleiner Abmaße, die mit hoher Präzision gefertigt wurden. Das bedeutet, daß diese früher benutzten Rotationsdämpfer teure Bauteile waren, die außerdem oft komplizierte Abdichtungsprobleme mit sich brachten, um zu verhindern, daß die Hydraulikflüssigkeit ausläuft.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Rotationsdämpfers für eine Kniegelenk-Prothese zu schaffen, welche die oben erwähnten Probleme ausräumt und eine lecksichere, zuverlässige Vorrichtung schafft, die darüber hinaus billig und in unterschiedlichen Ausführungsformen hergestellt werden kann. Dies ist dadurch erreicht worden, daß der Rotationsdämpfer die Merkmale aufweist, die in den beigefügten Ansprüchen definiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform näher beschrieben, die in den dazugehörigen Zeichnungen schematisch dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine nicht einschränkende Ausführungsform einer Kniegelenk-Prothese, die mit einem erfindungsgemäßen Rotationsdämpfer versehen werden kann.
Fig. 2 zeigt eine entsprechende Ansicht der Kniegelenk-Prothese nach Fig. 1, wobei sich das Gelenk in einer nach hinten gestreckten Position befindet.
Fig. 3 zeigt die Kniegelenk-Prothese nach Fig. 1 in einer Ansicht direkt von vorn.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Abschnitt der Kniegelenk-Prothese nach Fig. 1, wobei sich der Rotationsdämpfer, der Teil derselben ist, in einer vollständig offenen Position befindet.
Fig. 5 ist eine Ansicht, die Fig. 4 entspricht, wobei sich der erfindungsgemäße Rotationsdämpfer jedoch in einer vollständig geschlossenen Position befindet.
Fig. 6 zeigt einen weiteren Schnitt durch einen oberen Aufsatz, der Teil der Kniegelenk-Prothese ist und in dem ein Rotationsdämpfer vorgesehen ist, und
Fig. 7 zeigt in Seitenansicht eine drehbar gelagerte Achse, die Teil des Rotationsdämpfers nach Fig. 6 ist.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Kniegelenk-Prothese 1, die, ohne eine Einschränkung für die Erfindung darzustellen, eine geeignete Vorrichtung für den Einsatz des erfindungsgemäßen Rotationsdämpfers sein kann. Die Prothese schließt einen oberen Aufsatz 2 und einen unteren Aufsatz 3 ein. Die Aufsätze 2 und 3 sind mittels eines Systems von Gliedern 4, 5, die drehbar zueinander gelagert sind, gelenkig miteinander verbunden, was es gestattet, daß der obere und untere Aufsatz 2, 3 so relativ zueinander gewinkelt werden können, daß die Prothese eine sehr natürliche Gangart ermöglicht. Eine solche Prothese ist zum Beispiel aus SE-A-9001183-4 bekannt, und sie wird aus diesem Grund in dieser Beschreibung nicht näher beschrieben werden.
Das vorn gelegene Paar Glieder 4 ist über einen Drehzapfen 6 gelenkig mit dem oberen Aufsatz 2 verbunden, während ein rückwärtiges Glied 4a in der gleichen Weise in einem Drehzapfen 6a gelenkig mit dem oberen Aufsatz verbunden ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, worin die Prothese mit dem unteren Teil in einer nach hinten gebogenen Position dargestellt ist, d.h. Glied 4 hat sich bei der Schwungbewegung um den Drehzapfen 6 bewegt. Bei dieser Bewegung und ebenfalls bei der anschließenden Schwungbewegung nach vorn zum gestreckten Kniegelenk wird für die Verringerung der Belastung, die auf das Gelenksystem einwirkt, eine Dämpfungsvorrichtung benötigt. Zu diesem Zweck kann ein erfindungsgemäßer Rotationsdämpfer vorzugsweise in dieser Verbindungsstelle 6 vorgesehen sein. Die Bedienung des Rotationsdämpfers erfolgt über eine Öffnung 7 am vorn gelegenen Teil des oberen Aufsatzes.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen schematisch im Querschnitt den oberen Aufsatz 2 mit seinen Gliedern 4 bzw. 4a, die mit drehbar gelagerten Achsen 6 bzw. 6a ausgestattet sind. In der dort gezeigten Ausführungsform ist nur die vorn befindliche Verbindungsstelle 6 als erfindungsgemäßer Rotationsdämpfer ausgelegt. Die drehbar gelagerte Achse 6 ist über Federnuten nicht drehbar mit den Gliedern 4 verbunden, von denen je eines auf jeder Seite des durch den oberen Aufsatz 2 gebildeten Gehäuses angeordnet ist, welches eine Durchgangsöffnung 8 aufweist, durch welche sich die drehbar gelagerte Achse 6 erstreckt, die auf Kugellagern 9 ruht. Innerhalb der Position der Kugellager 9 ist die drehbar gelagerte Achse 6 mit radialen Flanschen 10 ausgestattet, auf denen Abdichtungsmittel 11 ruhen, die den Raum innerhalb derselben zu einer Kammer 13 abdichten. Zwischen den beiden Flanschen 10 ist die drehbar gelagerte Achse 6 mit einem Flügel 12 ausgestattet, der sich über die gesamte Länge der Kammer erstreckt und auf einem Abschnitt 14 der drehbar gelagerten Achse 6 angeordnet ist, der einen kleineren Durchmesser als der übrige Teil der drehbar gelagerten Achse aufweist.
In dem durch den Aufsatz 2, wie oben erwähnt, ausgebildeten Gehäuse befindet sich ebenfalls eine Öffnung 7, die sich als ein zylindrischer Kanal vom vorderen Teil des Aufsatzes erstreckt und sich in die Kammer 13 öffnet. Im Kanal 7 ist eine Anpassungsvorrichtung eingefügt, die mit dem Flügel 12 der drehbar gelagerten Achse zusammenwirkt und die Form eines zylindrischen Zapfens 15 aufweist, der an seinem Ende, das in den Kanal hineinragt, einen sich diametral erstreckenden Steg 16 aufweist. Die zylindrische Oberfläche des Zapfens ist gegen die Wand des Kanals abgedichtet, z.B. durch einen Umkreis-Dichtungsring 17, der sich in einer Rille befindet. Der Zapfen 15 wird in seiner axialen Position im Kanal 7 mittels eines Anschlagringes 18 gesichert, der in eine Rille in der Kanalwand eingefügt ist. Der Zapfen 15 ist jedoch drehbar im Kanal angeordnet, und er weist für diesen Zweck in seinem nach außen gelegenen Ende einen Eingriff 19 für ein Werkzeug auf, bei der gezeigten Ausführungsform eine diametrale Rille für einen Schraubendreher. Hierdurch kann der Zapfen im Kanal 7 so gedreht werden, daß sein Steg 16 stufenlos von der in Fig. 4 gezeigten Position mit seiner Längsrichtung senkrecht gegen die axiale Ausdehnung der Kammer 13 und zu der Position gedreht werden kann, die in Fig. 5 gezeigt ist, wobei die Längsrichtung des Steges mit der axialen Ausdehnung der Kammer übereinstimmt. Auf diese Weise ist es möglich, unendlich einen Fließbereich zwischen vollständig offen gemäß Fig. 4 und vollständig geschlossen gemäß Fig. 5 einzustellen.
An der Außenseite des Gehäuse und neben der Öffnung des Kanals 7 ist vorzugsweise eine Markierung 20 angebracht, die als Anzeige für die Einstellung des aktuellen Drehwinkels des Zapfens und damit für die Position für den Steg 16 und die Größe des Schlitzes 14a dienen kann, durch Vergleich mit der Rille 19, die diametral im Zapfen vorhanden ist.
In der jetzt beschriebenen Art und Weise ist ein einfacher Rotationsdämpfer geschaffen worden, der mit einem Dämpfungsmedium arbeitet, welches bei der Schwungbewegung der Glieder 4, mittels des Flügels 12, der starr mit der drehbar gelagerten Achse 6 verbunden ist, dazu veranlaßt wird, sich durch den Schlitz 14a zu bewegen, der zwischen dem Abschnitt 14 der drehbar gelagerten Achse und dem Steg 16 auf dem Zapfen 15 ausgebildet ist.
Durch den Einsatz eines viskoelastischen Gemisches als Dämpfungsmedium anstelle des üblichen Hydrauliköls wird eine Reihe von Vorteilen erzielt. Ein geeignetes viskoelastisches Gemisch ist ein Bor-Siloxan- Elastomer, das vom Unternehmen Wacker Kemi AB, Stockholm, Schweden, unter dem Handelsnamen "Hüpfender Kitt" als therapeutisches Spielzeug oder Knetmasse, usw. vertrieben wird.
Ein Vorteil eines solchen viskoelastischen Gemisches ist, daß es keiner großen Abdichtungsgenauigkeit bedarf, d.h. die zusammenwirkenden Abdichtungsoberflächen müssen keine besonders genauen Toleranzen aufweisen, was niedrigere Herstellungskosten und weiterhin ein geringeres Leckagerisiko bedeutet. Das eingesetzte Gemisch funktioniert sogar so, daß Gemisch, das dazu neigt, bei schnellen Schwungbewegungen durch den Verschlußschlitz hindurch auszutreten, sich selbst wieder in den abgedichteten Raum hineinzieht, wenn die Bewegung zum Stillstand gekommen ist. Ein weiterer Vorteil dieser Art viskoelastischer Gemische, der in diesem Zusammenhang sehr wichtig ist, besteht darin, daß es, wenn es stark geknetet wird, d.h. bei einer schnellen Schwungbewegung der Glieder 4 und damit des Flügels 12 auf der drehbar gelagerten Achse 6, einen wesentlich größeren Fließwiderstand als bei einer langsamen Bewegung ausübt.
Daraus ist ebenfalls offensichtlich, daß eine verringerte Durchflußfläche, verursacht durch den Zapfen 15 und seinen diametralen Steg 16, welche die Fließgeschwindigkeit erhöht, ein kräftigeres Kneten des Gemisches und damit einen größeren Widerstand gegen die Rotationsbewegung bedeutet.
In Fig. 6 ist im Querschnitt der obere Aufsatz 2 mit seinen Bestandteilen, die zum erfindungsgemäßen Rotationsdämpfer gehören, gezeigt, d.h. die drehbar gelagerte Achse 6 mit ihrem Flügel 12 und der zylindrische Zapfen 15 und sein vorn gelegener diametraler Steg 16, der für die Anpassung der Durchflußfläche vorgesehen ist. Der einzige Unterschied im Vergleich zum Design gemäß Fig. 4 und Fig. 5 besteht darin, daß der Zapfen 15 in seiner äußeren Oberfläche einen Eingriff für ein Werkzeug 19a in Form einer sechseckigen Vertiefung aufweist. In der gezeigten Position des Zapfens 15 ist die Durchflußfläche vollständig geschlossen, da sich der Steg 16 axial entlang der Ausdehnung des Flügels 12 erstreckt und somit den Durchflußschlitz vollständig abgedichtet hat.
In Fig. 7 ist die drehbar gelagerte Achse 6 selbst in Seitenansicht dargestellt.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte und damit im Zusammenhang beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche können Abwandlungen auftreten.
Somit ist es nicht erforderlich, daß der erfindungsgemäße viskoelastische Rotationsdämpfer einen Flügel aufweist, der an der drehbar gelagerten Achse angebracht ist und der bei der Drehbewegung der Verbindung dazu neigt, das viskoelastische Gemisch durch einen Fließschlitz hindurch zu verdrängen, dessen Größe in einer Weise, wie beschrieben, angepaßt werden kann, sondern die Schwungbewegung kann auf andere Weise in eine Verdrängung eines viskoelastischen Gemisches durch eine begrenzbare Öffnung übertragen werden, z.B. mit Hilfe einer Kolbenanordnung.
Der Zapfen 15 kann weiterhin, z.B. anstelle von oder als Ergänzung zum Steg in sich ein verstellbares, begrenztes Rückschlagventil aufweisen, damit der Widerstand individuell in beide Richtungen eingestellt werden kann.
Die in den beigefügten Zeichnungen gezeigte und im Zusammenhang damit beschriebene Ausführungsform wird jedoch als gut funktionierende und vom Kostenstandpunkt her gesehen vorteilhafte Lösung betrachtet.

Claims

1. Rotationsdämpfer für Kniegelenk-Prothese (1), der für Schwungphasensteuerung der Prothese angeordnet ist und einschließt: mindestens eine Kammer (13) mit einem Dämpfungsmedium, mindestens eine drehbar gelagerte Achse (6), die einen vorstehenden Flügel (12) und eine Begrenzung (14a) aufweist, wobei das Dämpfungsmedium so angeordnet ist, daß es bei einer Schwungbewegung der mindestens einen drehbar gelagerten Achse (6) in der Prothese durch die Begrenzung (14a) hindurch verdrängt wird, da durch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmedium eine viskoelastische Verbindung ist.

2. Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare gelagerte Achse (6) in einer abgedichteten Kammer (13) angeordnet ist und daß der vorstehende Flügel (12) so angeordnet ist, daß er der Drehbewegung der drehbar gelagerten Achse folgt und dadurch das Dämpfungsmedium durch eine Begrenzung in Form eines Schlitzes (14a) mit begrenzter Durchflußfläche verdrängt.

3. Rotationsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Schlitzes (14a) anpaßbar ist.

4. Rotationsdämpfer nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Schlitzes (14a) unendlich zwischen einem vollständig offenen Schlitz und einem vollständig geschlossenen Schlitz anpaßbar ist.

5. Rotationsdämpfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Schlitzes (14a) mit Hilfe eines Elements (15, 16) anpaßbar ist, das von außerhalb der Prothese bedienbar ist.

6. Rotationsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (13) von einer zylindrischen Bohrung (8) durch einen Abschnitt (2) der Kniegelenk-Prothese ausgebildet wird,

daß die drehbar gelagerte Achse (6) sich durch die Bohrung hindurch erstreckt und Abdichtungsmittel (11) stützt, die so angeordnet sind, daß sie die Kammer (13) axial abdichten, und

daß der Flügel (12) der drehbar gelagerten Achse (6) radial ausgerichtet ist und sich axial zwischen dem Abdichtungsmittel (11) erstreckt.

7. Rotationsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung oder der Schlitz (14a) zwischen dem Abschnitt der drehbar gelagerten Achse (6), der sich in der Kammer (13) befindet und einem im wesentlichen zylindrischen Zapfen (15) ausgebildet ist, der durch eine Kanalöffnung (7) in der Wand der Kammer und der vorderen Oberfläche vorspringt und einen sich diametral erstreckenden Steg (16) aufweist, der so angeordnet ist, daß er in den Abschnitt der in der Kammer befindlichen drehbar gelagerten Achse eingreift, und daß der Steg (16) durch Drehen des Zapfens (15) in seinem Kanal (7) dazu gebracht werden kann, die Größe des Schlitzes (14a) zu verändern.

8. Rotationsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (15) mit Hilfe des Verschlußelements (18) in seiner axialen Position in Kanal (7) gehalten wird.

9. Rotationsdämpfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (15) mit seinem vom Steg (16) abgewandten Ende so angeordnet ist, daß er von außerhalb des Kanals zugänglich ist und einen Drehschalter (19) aufweist, der so angeordnet ist, daß er die Position des Steges (16) zu einer Markierung (20) auf der Außenseite des Gehäuses anzeigt und dadurch den momentanen Durchfluß durch den Bereich des Schlitzes (14a).