DE817186C - Joint bracing for prostheses - Google Patents
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Description
Gelenkverbände für Prothesen Zusatz zum Patent 811 714 Das Patent 811 714 betrifft Gelenkverbände für die gegeneinanderbewegten Teile künstlicher Gliedmaßen. Diese Gelenkverbände bestehen aus geeignet geformten Körpern aus flexiblen, elastisch deformierbaren Baustoffen, wie Gummi oder ähnlichen synthetischen Körpern o. dgl. festen Lösungen, die adhäsiv mit den starren Teilen der Kunstglieder verbunden sind. Die Formgebung der Gelenkverhände und der Grad ihrer Härte wird so gewählt, daß in bestimmten Bewegungsrichtungen große, in anderen Bewegungsrichtungen kleineWinkelstellungen der gegenseitigen Beweglichkeit der verbundenen Einzelteile der Kunstglieder gegeben sind und daß die auftretenden Rückstellfederkräfte innerhalb der jeweils gewünschten Grenzen liegen.Joint bandages for prostheses Addition to patent 811 714 The 811 patent 714 relates to joint bandages for the parts of artificial limbs that move together. These joint bandages consist of suitably shaped bodies made of flexible, elastic deformable building materials such as rubber or similar synthetic bodies o. solid solutions that are adhesively bonded to the rigid parts of the artificial limbs. The shape of the joints and the degree of their hardness is chosen so that Large angular positions in certain directions of movement and small angular positions in other directions of movement given the mutual mobility of the connected individual parts of the artificial limbs are and that the return spring forces that occur are within the desired range There are limits.
Die Erfindung betrifft eine weitere konstruktive Ausgestaltung der Gelenkverbände nach dem Patent 8i 1 714. Durch die erfindungsgemäße Formgebung des elastischen Körpers können Prothesengelenke hergestellt werden, die in ihrer Wirkungsweise den natürlichen menschlichen Gelenken soweit als möglich nahekommen; hiervon wird die Brauchbarkeit der ganzen Prothese grundlegend bestimmt. The invention relates to a further structural embodiment of the Joint bandages according to the patent 8i 1 714. The inventive shaping of the elastic body, prosthetic joints can be produced, which in their mode of action come as close as possible to the natural human joints; of this becomes fundamentally determines the usefulness of the entire prosthesis.
Die Erfindung besteht darin, daß die Formkörper aus elastischem Material der Gelenke mit den starren Bauteilen adhäsiv derart verbunden sind, daß durch vorzugsweise kreisbogenförmige Einschnürungen der frei liegenden Außenflächen der Formkörper ein derart verkleinerter Mittelquerschnitt entsteht, daß sich alle auf den Formkörper einwirkenden Kräfte als Deformation von diesem schwächsten Querschnitt aus fließend auf den ganzen Körper verteilen und insbesondere Spitzen- spannungen an den Haftflächen und zumal in deren Randzonen auch bei Überlastungen vermieden werden. Ähnlich wie die natürlichen Gelenke der menschlichen Glieder verschiedenartig ausgebildet sind, erhalten die erfindungsgemäßen künstlichen Gelenkverbände eine verschiedenartige Gestaltung. The invention consists in that the molded body is made of elastic material the joints are adhesively connected to the rigid components in such a way that by preferably Circular-arc-shaped constrictions of the exposed outer surfaces of the molded bodies such a reduced central cross-section is created that all of them are on the shaped body forces acting as deformation flowing from this weakest cross-section distribute over the whole body and especially lace tensions on the adhesive surfaces and especially in their edge zones avoided even in the event of overload will. Much like the natural joints of the human limbs, diverse are formed, the artificial joint bandages according to the invention receive a different design.
Für Beinprothesen kommen drei Gelenke zur Anwendung, nämlich Mittelfuß- (Zehen-), Knöchel-und Kniegelenk.Three joints are used for lower limb prostheses, namely the metatarsal (Toe), ankle and knee joints.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung. In den Abb. I bis IO sind beispielsweise und schematisch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. The drawing serves to further explain the invention. In the Fig. I to IO are for example and schematically different embodiments of the invention shown.
Abt). 1 ist der senkrechte Längsquerschnitt durch den Vorderteil eines künstlichen Fußes. Abbot). 1 is the vertical longitudinal cross-section through the front part of an artificial foot.
Al)h. 2 ist ein Schnitt nach Linie A-B in Abb. I. Al) h. 2 is a section along line A-B in Fig. I.
Abb. 3 zeigt die Vorrichtung nach Abb. I in belasteter Stellung. Fig. 3 shows the device according to Fig. I in a loaded position.
Zwischen zwei ebenen Metallplatten I und 2, die in beliebiger und bekannter Weise mit den aus Holz oder anderen Baustoffen bestehenden Kunstfußteilen, nämlich dem Zehenteil 4 und dem Mittelfußteil 5, verbunden, z. B. zweckmäßigerweise darin eingelassen sind, ist der gelenkige Gummikörper 3 in l>ekannter Weise adhäsiv, z. B. durch Anvulianisieren, befestigt. Von diesem Gelenk wird verlangt, daß es I. den Zehenteil 4 nach oben beweglich macht, derart, daß beim Gehen ein Abrollen der Lauffläche des Fußes erfolgt; 2. daß dabei eine Rückstellkraft wirksam wird, die einmal beim Abrollen der damit wachsenden Belastung durch das sich nach vorn verlagernde Körpergewicht des Prothesenträgers in solchem Maße entgegenwirkt, daß ein unnatürlich weites Abwinkeln des Fußes (Zehenteiles) nach oben vermieden wird, während zugleich die Rückstellkraft ausreichen muß, um den Kunstfuß auch gegen die Einwirkung des darüber getragenen Schuhes wieder in die Ruhestellung zurückzuführen; 3. beim Gehen auf unebenem Gelände der Zehenteil 4 nicht nur um seine zur Lauffläche parallele Achse verdreht werden kann, sondern die Lauffläche des Zehenteiles sich in eine gewisse Winkelstellung quer zur Lauffläche des Fußteiles 5 zugleich verdrehen läßt. Dadurch, daß das Mittelfußgelenk diese allseitige, aber durch Rückstellkräfte zweckentsprechend begrenzte Beweglichkeit zwischen Mittel- und Vorderfußteil zuläßt, erfüllt es die organischen Bedingungen des Gehens. Between two flat metal plates I and 2, which can be in any and known way with the artificial foot parts made of wood or other building materials, namely the toe part 4 and the metatarsal part 5, connected, e.g. B. expedient are embedded therein, the articulated rubber body 3 is adhesive in a known way, z. B. by vulcanizing attached. This joint is required to be I. makes the toe part 4 movable upwards, so that it unrolls when walking the tread of the foot takes place; 2. that a restoring force is effective, the one when rolling the increasing load by moving forward shifting body weight of the prosthesis wearer counteracts to such an extent that an unnaturally wide bending of the foot (toe part) upwards is avoided, while at the same time the restoring force must be sufficient to keep the artificial foot against the Return the effect of the shoe worn over it to the rest position; 3. When walking on uneven terrain, the toe part 4 is not only about its to the running surface parallel axis can be rotated, but the tread of the toe part itself Rotate into a certain angular position transversely to the running surface of the foot part 5 at the same time leaves. Because the metatarsal joint has this on all sides, but by restoring forces allows appropriately limited mobility between the metatarsus and forefoot, it fulfills the organic conditions of walking.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß, wie beim Patent 811 714, Länge, Breite und Dicke des Gummikörpers von annähernd rechteckigem Querschnitt sowie die Härte der Gummimischung (also deren Federwirkung) entsprechend gewählt werden, daß ferner die Formgebung dieses Gumm ikörpers das Auftreten von Spitzenspannungen an den Haftflächen und -rändern dadurch vermeidet, daß annähernd kreisbogenförmige Einschnürungen den Mittelquerschnitt des Gummikörpers dermaßen verengen, daß im Mittelquerschnitt die formverändernden Kräfte bei der gelenkigen Bewegung am stärksten zur Auswirkung kommen und sich daher mit steigender Bean spruchung von hieraus gleichmäßig in dem Körper verteilen und sich mit geringsten spezifischen Belastungen bis an die Haftflächen und deren Randzonen auswirken. This is achieved according to the invention in that, as in the patent 811 714, length, width and thickness of the rubber body of approximately rectangular cross-section as well as the hardness of the rubber compound (i.e. its spring effect) selected accordingly be that further the shape of this rubber ikörpers the occurrence of peak voltages on the adhesive surfaces and edges thereby avoids that approximately circular arc-shaped Constrictions narrow the central cross-section of the rubber body to such an extent that in the Mean cross-section the most shape-changing forces in the articulated movement come into effect and therefore with increasing stress from this evenly distribute in the body and with the lowest specific loads up to affect the adhesive surfaces and their edge zones.
Dabei kann an der nur auf Zug beanspruchten, parallel zur Lauffläche des Fußes liegenden Seite 6 des Gummikörpers eine wellenförmige Ausbildung der Oberfläche vorteilhaft zur Anwendung kommen, bei der die nach außen gerichteteVerdickung7 sich in der in Abb. 3 dargestellten Weise deformiert, so daß sich hier in der maximalen Winkelstellung die Oberfläche des Gummikörpers unten einer flachen Kreisbogenform nähert, während sie oben die Stauchform annimmt, die der unbelastete Gummikörper unten aufwies. It can be used on the train only, parallel to the tread of the foot lying side 6 of the rubber body a wave-shaped design of the surface are advantageously used in which the outwardly directed thickening 7 is deformed in the manner shown in Fig. 3, so that here in the maximum Angle the surface of the rubber body below a flat circular arc shape approaches, while at the top it assumes the compression shape that the unloaded rubber body pointed down.
Diese Gestaltung der Außenform des Gelenkkörpers ist von entscheidender Bedeutung für seine funktionellen Eigenschaften wie seine Haltbarkeit im Dauerbetrieb, weil dadurch auch unvermeidliche Überlastungen bruchfrei überstanden werden und ohne jede Nachwirkung auf die Gelenkwirkung bleiben. This design of the external shape of the joint body is crucial Significance for its functional properties such as its durability in continuous operation, because this also enables unavoidable overloads to be withstood without breaking and remain without any after-effects on the joint action.
Eine erfindungsgemäße Ausbildung des Knöchelgelenkes zeigen beispielsweise die Abb. 4, 5, 6, 7 und 8. Die Abb. 4 und 5 zeigen ein Gelenk, bei dem zwischen zwei kreisrunden Metallplatten 8 und 9 ein im Horizontalquerschnitt ebenfalls kreisrunder Gummikörper 10 adhäsiv befestigt ist, der eine kreisbogenförmige Einschnürung 1 1 in seinem Vertikalquerschnitt zeigt. An embodiment of the ankle joint according to the invention is shown, for example Figs. 4, 5, 6, 7 and 8. Figs. 4 and 5 show a joint in which between two circular metal plates 8 and 9, one also circular in horizontal cross-section Rubber body 10 is adhesively attached, which has a circular arc-shaped constriction 1 1 shows in its vertical cross-section.
Ein Knöchelgelenk dieser Ausführung ergibt allseitige Gelenkigkeit zwischen Unterschenkelteil 12 und Fußteil I3 der Prothese mit Rückstellkräften, die wiederum von Dicke, Durchmesser und Härtegrad des Gummikörpers abhängen und je nach Ausführung beliebig gewählt werden können. An ankle joint of this type results in flexibility in all directions between the lower leg part 12 and foot part I3 of the prosthesis with restoring forces, which in turn depend on the thickness, diameter and degree of hardness of the rubber body and can be freely selected depending on the design.
Der Fußteil I3 kann sich also hierbei allseitig zum Unterschenkelteil I2 einstellen, je nach Belastung und Beschaffenheit der Lauffläche, bei durch Rückstellkräfte begrenzten und von den wirksamen Belastungskräften bestimmten Winkelausschlägen; er kehrt nach Enllastung selbsttätig in Ruhelage zurück. The foot part I3 can thus extend to the lower leg part on all sides Set I2, depending on the load and condition of the running surface, by restoring forces limited angular deflections and determined by the effective loading forces; it automatically returns to its resting position after discharge.
In vielen Fällen wird nun ein unterschiedlicher Grad von Beweglichkeit zwischen Unterschenkel-und Fußteil verlangt, wie z. B. leichtes Abwinkeln des Fußteiles nach hinten beim Auftreten mit dem Fersenballen (Absatz des Schuhes), bei gleichzeitig begrenzter Beweglichkeit nach vorn über die rechtwinklige Stellung von Unterschenkel zum Fußteil hinaus, während zugleich die seitliche Beweglichkeit in der Längsachse des Fußteiles durch stärkere Rückstellkräfte begrenzt sein soll, derart, daß sich der Fußteil auch in dieser seitlichen Beweglichkeit den Bedingungen des Gehens auf unebenem Gelände ausreichend, aber nicht zu weitgehend anpaßt. In many cases there is now a different degree of mobility between lower leg and foot part required, such. B. slight bending of the foot part backwards when stepping on the ball of the heel (heel of the shoe), at the same time Limited mobility forwards due to the right-angled position of the lower leg to the foot part, while at the same time the lateral mobility in the longitudinal axis of the foot part should be limited by stronger restoring forces, such that the foot part also meets the conditions of walking in this lateral mobility uneven terrain sufficient, but not too largely adapts.
An die Stelle des in Ahh. 4 und 5 dargestellten Gummikörpers von kreisförmigem Horizontalquerschnitt tritt dann nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein ovaler (Abb. 6) oder länglich rechteckiger (.\kl). 7) mit al)gerttll(leten Ecken und Horizontalquerschnitten, die denen nach Abb. 4 oder 8 analog sind. Mit diesen Formen lassen sich alle zuvor beschriebenen Wirkungen und Bedingungen erzielen. In place of the in Ahh. 4 and 5 shown rubber body of circular horizontal cross-section then occurs according to a further embodiment of the invention an oval (Fig. 6) or oblong rectangular (. \ kl). 7) with al) gerttll (leten Corners and horizontal cross-sections similar to those in Fig. 4 or 8 are analog. With these forms, all of the previously described effects and Achieve conditions.
Auch durch asymmetrische Ausbildung, z. B. nach Al>1,. 8, läßt sich der Grad der Beweglichkeit und die Größe und Charakteristik der Ruckstellfederkräfte weitgehend variieren und den gestellten Anforderungen entsprechend ausbilden, wobei auch an Stelle ebener l Haftflächen räumlich verformte, wie z. B. kugelige usw., gewählt werden können. Also through asymmetrical training, e.g. B. according to Al> 1 ,. 8, lets the degree of mobility and the size and characteristics of the return spring forces vary widely and train according to the requirements, whereby also in place of flat l adhesive surfaces spatially deformed, such as B. spherical etc., can be chosen.
In ähnlicher Weise läßt sich auch das Kniegelenk für Prothesen erfindungsgemäß ausbilden. In a similar way, the knee joint for prostheses can also be used according to the invention form.
Die Bauart derartiger Kniegelenke kann aber erfindungsgemäß noch weiter variiert werden. Außer den zuvor beschriebenen ist noch folgende Bauart vorteilhaft: Nach der in Abb. g und 10 dargestellten Ausführungsform kommt eine Gummitorsionsfeder zur Anwendung, die aus dem Rohr 14 und dem Innenzylinder 15 besteht. Diese beiden Teile sind durch Gummi I6 0. dgl. koaxial adhäsiv miteinander verbunden. Das Außenrohr 14 ist durch z. T3. einen Tragarm I7 mit dem Unterschenkel I9, der Innenzylinder 15 mittels zweier seitlicher Tragarme 18 an dem Oberschenkel 20 der Prothese befestigt oder umgekehrt. Durch entsprechende Dimensionierung der Baulänge dieses Torsionsfedergelenkes sowie der Durchmesser des Außen-und Innenzylinders und der Dicke und Härte des diese verl,indenden Gummikörpers lassen sich die verschiedensten Funktionsmöglichkeiten dieses Kniegelenkes in Prothesen erzielen. Eine den neuesten Erkenntnissen der Orthopädie weitestgehend entsprechende Ausbildung wird dadurch erreicht, daß a) das Gelenk derart zwischen Ober-und Unterschenkel gelagert ist, daß in Ruhestellung des Beines das Knie nach hinten durchgedrückt durch vorn an Stelle der Kniescheibe vorgesehene Anschläge 21 und 22 steif gehalten wird und dadurch als Standl>ein wirkt; h) dieses Nachhintendurchdrücken selbsttätig erfolgt, indem durch entsprechende Einstellung des Gelenkes die darin wirkenden Torsionsfederkräfte den Ober- und Unterschenkel bis zum vorderen Knieanschlag drehen; c) durch Vordrücken des Oberschenkelstumpfes gegen die in b) beschriebene Rückstelldrehkraft die Starr- (Stand-) Stellung aufgehoben und ein Nachhintendurchknicken des Kniegelenkes unter Einwirkung des Körpergewichtes erfolgt, wobei d) die Drehfederkraft so groß gehalten wird, daß hei einer Winkelstellung von etwa 450 (Beugestellung des Knies) zwischen Ober- und Unterschenkel das gesamte Körpergewicht des Prothesenträgers federnd getragen wird.The design of such knee joints can, however, according to the invention go even further can be varied. In addition to the ones described above, the following design is also advantageous: After the embodiment shown in Fig. G and 10 comes a rubber torsion spring for use, which consists of the tube 14 and the inner cylinder 15. These two Parts are coaxially adhesively connected to one another by means of rubber I6 0. The outer tube 14 is through z. T3. a support arm I7 with the lower leg I9, the inner cylinder 15 attached to the thigh 20 of the prosthesis by means of two lateral support arms 18 or the other way around. By dimensioning the overall length of this torsion spring joint accordingly as well as the diameter of the outer and inner cylinder and the thickness and hardness of these The various functional possibilities can be found in the rubber body achieve this knee joint in prostheses. One of the latest findings in orthopedics A largely corresponding training is achieved in that a) the joint is mounted between the thigh and lower leg in such a way that the leg is in the rest position the knee pushed back through the front instead of the kneecap Stops 21 and 22 is held rigid and thereby acts as a stand; H) this pushing through to the rear takes place automatically by means of the appropriate setting of the joint, the torsional spring forces acting in it affect the upper and lower leg turn to the front knee stop; c) by pressing forward the thigh stump against the restoring torque described in b), the rigid (standing) position is canceled and posterior buckling of the knee joint under the influence of body weight takes place, wherein d) the torsion spring force is kept so great that he is an angular position from about 450 (bent position of the knee) between the upper and lower leg the entire Body weight of the prosthesis wearer is resiliently supported.
Lurch einfache bekannte konstruktive Maßtiahmen kann dabei der Mittelteil 15 des Torsionsfedergelenkes verstellbar mit seinen Tragarmen I8 verl,undcn werden, wie z. B. durch Außen- und Innenverzahnung zwischen Teil 15 und den Lagern in Teil I8, so daß die Funktion den jeweiligen Wünschen des Prothesenträgers und insbesondere seinem Körpergewicht entsprechend regelhar ist. The middle part can be made using simple, well-known constructive dimensions 15 of the torsion spring joint can be adjusted with its support arms I8, undcn, such as B. by external and internal teeth between part 15 and the bearings in part I8, so that the function of the respective wishes of the prosthesis wearer and in particular is regular according to his body weight.
Eine mittels der erfindungsgemäßen Gummigelenke ausgerüstete Beinprothese weist folgende Eigenschaften und Vorteile auf: 1. Bisher unerreicht einfache, leichte, dauerhafte und wartungsfreie Bauart, insbesondere auch bei Ausführung der Metallteile in Leichtmetall, deren technologische Eigenheiten sich durch die Gummiadhäsivverbände in hervorragender Weise wahren und nutzen lassen. Die z. B. nur begrenzt mögliche Schweiß- und Lötbarkeit allen Leichtmetalls kann als Verbindungsmittel durch die Adhäsivbindung mit Gummi wesentlich verbessert werden. Ferner fällt jede Schmierung fort. A leg prosthesis equipped by means of the rubber joints according to the invention has the following properties and advantages: 1. So far unattainable simple, light, Durable and maintenance-free design, especially when it comes to the execution of the metal parts in light metal, the technological peculiarities of which are characterized by the rubber adhesive bandages preserve and use in an excellent way. The z. B. only possible to a limited extent All light metals can be welded and soldered as a connecting means through the Adhesive bond with rubber can be significantly improved. Furthermore, any lubrication falls away.
2. Alle bei den Gelenken der üblichen Bauart von Prothesen notwendigen Federn, Anschläge, Puffer usw. werden entbehrlich, da die Rúckstellkräfte der erfindungsgemäßen Gelenke all diese sekundären Funktionen übernehmen. Diese Vereinfachung ist von grundlegender Bedeutung für die Wirkungsweise, die Dauerhaftigkeit und insbesondere für das so wesentliche Moment der Gewichtsersparnis. 2. All that are necessary in the joints of the usual type of prosthesis Springs, stops, buffers, etc. are unnecessary because the restoring forces of the invention Joints perform all of these secondary functions. This simplification is of of fundamental importance for the mode of operation, durability and in particular for the crucial moment of weight saving.
3. Der ideal elastische Zusammenbau der starren Prothesenteile durch die erfindungsgemäßen Gelenkverbände macht die Funktion der Prothese weich und völlig geräuschlos, wirkt sich also schonend auf alle Teile und insbesondere auch auf den Amputationsstumpf aus. Das häßliche Dröhnen beim Gehen ist ausgeschlossen; selbst hartes Auftreten wird weich übertragen und aufgenommen, so daß insbesondere auch Überlastungen durch Sprünge, Stolpern und Hinfallen bruchfrei und ohne bleibende Verformungen der starren Teile aufgenommen werden, als Folge der hohen elastischen Deformierbarkeit und Arbeitsaufnahme der Verbände aus Gummi o. dgl. 3. The ideal elastic assembly of the rigid parts of the prosthesis the joint bandages according to the invention make the function of the prosthesis soft and complete noiseless, so it has a gentle effect on all parts and especially on the Amputation stump. The ugly roar when walking is excluded; self hard occurrence is transferred and absorbed softly, so that in particular Overloads caused by jumps, stumbling and falling, break-free and without permanent Deformations of the rigid parts are absorbed, as a result of the high elastic Deformability and work of the bandages made of rubber or the like.
4. Funktionell ist eine mit erfindungsgemäßen Gelenken ausgestattete Prothese der Wirkungsweise der natürlichen Gelenke im menschlichen Bein weit ähnlicher als jede bisher ausgeführte und noch so komplizierte bekannte Bauart mit mechanischen oder gar hydraulischen Gelenken. Die Dynamik und Kinematik des Ganges mit dem natürlichen menschlichen Bein läßt sich erfindungsgemäß weitgehend in einer Prothese nachahmen, wodurch die Gehsicherheit des Prothesenträgers ebenso gesteigert wie sein Kraftaufwand und damit seine Ermüdung herabgesetzt werden. 4. Functionally is one equipped with joints according to the invention Prosthesis far more closely resembles the mode of action of the natural joints in the human leg than any previously executed and no matter how complicated known design with mechanical or even hydraulic joints. The dynamics and kinematics of the corridor with the natural According to the invention, the human leg can largely be imitated in a prosthesis, whereby the walking safety of the prosthesis wearer increases as well as his effort and thus his fatigue will be reduced.
Zu diesen augenscheinlichen funktionellen Vorteilen tritt außerdem eine wesentliche Herabsetzung der Erzeugungskosten. These apparent functional advantages are also added a substantial reduction in generation costs.
Claims (5)
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ID=7374801
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