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Pneumatisch bewegte Prothese
Zur Bewegung von künstlichen Gliedmaßen
ist eine gewisse Kraft erforderlich, die der Muskelkraft des gesunden menschlichen
Körpers entspricht. zum diese Muskelkraft von dem amputierten Körper auf das künstliche
Glied zu übertragen, sind komplizierte Einrichtungen, in vielen Fällen sogar ol>erative
Eingriffe nötig. In den meisten Fällen ist der für die Bewegung des amputierten
Gliedes von der Natur vorgesehene Muskel nicht mehr vorhanden, so daß aridere gesunde
Muskeln herangezogen werden müssen. Hierdurch wird der Körper in unnatürlicher Weise
beansprucht, was zu Beschwerlichkeiten führt und dem Versehrten das Tragen einer
beweglichen Prothese zur Last macht. Durch die Erfindung soll dieser Nachteil dadurch
beseitigt werden, daß zwischen menschlichem Körper und künstlichem Glied ein Servomotor
eingeschaltet wird, der die Bewegung des Gliedes übernimmt und dessen Steuerung
von dem Versehrten mit denkbar geringer Muskelkraft betätigt werden kann und dadurch
keinerlei Ermüdung verursacht. Als Servomotor wird ein expansionsfähiger Kraftstoff,
z. B. komprimierte Kohlensäure, verwendet, die der Amputierte in einem geeigneten
Behälter bei sich führt.
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Die Kohlensäure wird durch ein einstellbares Reduzierventil auf einen
Druck von wenigen atü gebracht und durch einen dünnen Gummischlauch über ein Steuerventil
in einen Lu,ftl>alg geleitet, Ider an dem künstlichen Glied so angebracht ist,
,daß er bei seiner Ausdehnng dem Glied diegewünsehte Bewegung erteilt. Durch Drehen
einer Einstellschraube am Reduzierventil kann der Versehrte den Kohlensäuredruck
im Gummibalg regulieren und dadurch die am künstlichen Glied benötigte Kraft, für
leichtere und schwerere Arbeit, erzeugen. Der Inhalt des Kohlensäurebehälters reicht
für mehrere hundert Bewegungen.
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Ist der Behälter leer, so wird er mit wenigen Handgriffen gegen einen
vollen umgetauscht und bei Gelegenheit an einer Kohlensäureflasche wieder aufgefüllt.
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I)as Steuerventil wird an irgendeiner gesunden Körperstelle angebracht
und durch geringe Muskelkraft so betätigt, daß die Kohlensäure in den Gummibalg
einströmen bzw. entweichen kann.
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Beim Einströmen der Kohlensäure in den Gummibalg dehnt sich dieser
aus und gibt dem Glied die gewünschte Stellung. Beim Entweichen der Kohlensäure
wird das Glied durch Federdruck in seine ursprüngliche Stellung zurückgezogen.
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Zur Betätigung künstlicher Glieder sind verschiedene Bewegungsarten
nötig. Bei einer künstlichen Hand, die einen Gegenstand halten soll, muß dieser
vom Daumen und den übrigen Fingern umfaßt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die künstliche Hand so ausgebildet ist, daß die Finger in gekrümmter
Stellung starr sind und zur Erhöhung der Griffsicherheit mit einer aufvulkanisierten
Gummischeibe überzogen sind. Der Daumen ist denen gegenüber schwenkbar gelagert.
Durch die starre Anordnung der Finger wird erreicht, daß der Versehrte die Möglichkeit
hat, die starren Finger an das zu Ergreifende anzuschlagen und damit zielsicher
zu greifen. Kleine Gegenstände, z. B. Bleistifte, werden zwischen Daumen und den
Spitzen der Finger, größere zwischen Daumen und dem dritten Glied tles Aeige- und
Kleinringers in L)reipunktautlage gehalten. Um die Hand möglichst universell verwenden
zu können, ist das Handgelenk als Kugelgelenk ausgebildet, damit sie nach allen
Seiten gedreht und geschwenkt werden kann. Bei Unterarmprothesen ist es möglich,
durch die besondere Anordnung, ein Drehen der Prothese um ihre eigene Längsachse
vom Armstumpf aus zu erreichen. Das Kugelgelenk ist als Anschlußstück ausgebildet,
so daß die künstliche Hand von jedem Orthopäden leicht an jeder vorhandenen Armprothese
angebracht werden kann.
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Das Steuerventil kann je nach Wunsch des Versehrten am Bauch als
Schloß des Leibgürtels (Zugventil) oder an der Schulter oder am Unterarm-bzw. Oberarmstumpf
angebracht werden. Im ersten Falle wirkt es als Druckventil, und eine geringe Bewegung
von etwa I mm, der durch Druck der auch muskeln verursacht wird, genügt, um das
Ventil zu betätigen. Im anderen FaLle wirkt es als Zugventil und wird durch leichtes
Heben der Schulter betätigt. Das am Ober- bzw. Unterarmstumpf befestigte Drehventil
vollzieht die Bewegung durch leichtes Drehen des Stumpfes. In sämtlichen Fällen
kann aber auch ein Druckventil angebracht werden.
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Bei der Betätigung eines künstlichen Unterarmes muß dieser gebeugt,
gestreckt oder in jeder gewünschten Stellung festgehalten werden können.
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Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß das Steuerventil derart ausgebildet,
daß in der Ruhestellung sowohl Zuleitung als auch Austrittsleitung geschlossen sind.
Der Gummibalg, der den Arm bewegt, hat eine bestimmte Füllung und gibt dadurch dem
Arm eine bestimmte Lage. Zur Bewegung des Armes ist das Steuerventil als Wechselventil
bzw.
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Druckventil ausgebildet und am Oberarmstumpf angebracht und wird durch
leichtes Drehen nach der einen oder anderen Seite bzw. durch Drücken betätigt, wodurch
die Zu- oder Austrittsleitung geöffnet wird. Beim Öffnen der Zuleitung wird der
Gummibalg weiter gefüllt und beugt durch seine Ausdehnung den Arm nach oben; beim
Öffnen der Austrittsleitung dagegen leert sich jener und der Arm wird gestreckt.
Je nach der Größe der Drehbewegung, bzw. der Stärke des Druckes, kann der Arm langsam
oder schnell bewegt werden. Für den Fall, daß der Oberarmstumpf sich zur Anbringung
eines Wechsel- bzw. L)ruckventils nicht eignet, ist ein Schaltventil vorgesehen,
das durch die beiden Schultern betätigt wird. Das Ellenbogengelenk ist als Anschlußstück
ausgebildet und wird vom Orthopäden an die Oberarmprothese montiert. Der Kohlensäurebehälter
befindet sich im Unterarm und ist so groß als möglich ausgebildet. Zum Auswechseln
kann er durch Öffnen des Unterarmes herausgenommen werden.
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Die Bewegung des Unterschenkels beim Gehen ist eine rhythmische.
Erfindungsgemäß wird der Unterschenkel durch Federkraft gebeugt und durch einen
Gummibalg gestreckt. Das Steuerventil verschließt bei Streckung des Unterschenkels
die Austrittsleitung und hält die Zuleitung offen. Der Gummibalg drückt also den
Unterschenkel in die Strecklage. Beim Gehen muß der Unterschenkel gebeugt werden,
damit das Bei in nach vorn bewegt werden kann. Der Versehrte drückt beim Vorwärtsbewegen
des Beines auf das Steuerventil, wodurch die austrittsleitunt" solangc dcr L)i uci
aidaucrt, geöffnet und die Zuleitung geschlossen wird. Dadurch leert sich der üui1iiiii
;aiu. uiirl die Feder kanii den Unterschenkel beugen.
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Ist das Bein vorn, dann unterbricht der Versehrte den Druck auf das
Steuerventil, die Austrittsleitung wird wieder geschlossen und die Zuleitung geöffnet,
und durch den Gummibalg wird der Unterschenkel gestreckt. Je nach Wunsch des Versehrten
kann das Steuerventil am Leibriemen oder am Arm angebracht werden.
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Zur Betätigung eines künstlichen Oberschenkels ist erfindungsgemäß
ein Doppelsteuerventil vorgesehen. Der Oberschenkel wird durch Federkraft nach vorn
gezogen und durch einen Gummibalg nach hinten gedrückt, während gleichzeitig der
Unterschenkel wie oben beschrieben gebeugt und gestreckt wird. Das Doppelsteuerventil
verschließt in der Ruhestellung, wenn der Versehrte steht, die Austrittsleitung
für den Gummibalg des Oberschenkels und hält die Zuleitung offen. Der Oberschenkel
wird also durch den Gummibalg nach hinten gedrückt und der CIlterschellkel durch
den Gummibalg gestreckt. Beim Gehen werden durch Druck auf das Doppelsteuerventil
die Zuleitungen zu den beiden Gummibälge1l geschlossen und dlie Austrittsleitungen
geöffnet, der Oberschenkel wird durch Federkraft nach vorn gezogen, gleichzeitig
wird der Unterschenkel durch Federkraft gebeugt.
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Zur Rückwärtsbewegung des Beines unterbricht der Versehrte den Druck
auf das Doppelsteuerventil, so daß der Oberschenkel durch den Gummibalg nac1n hinten
gedrückt und der Unterschenkeldurchseinen Gummibalg gestreckt wird. Bei den Steuerventilen
für Unter- und Oberschenkel sind die Öffnungen für Zu- und Austrittsleitungen regulierbar
angeordnet, so daß die Geschwindigkeit der Bewegungen erhalten werden kann.
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Zur näheren lirläuterung ist die Prothese in Fig. 1 bis 14 dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine ltandprothese. Der Daumen 1 wird durch den Gummibalg
12 um den Scharnierstift 3 schwenkbar gegen die Finger gedrückt und klemmt dazwiscliengelegte
Gegenstände fest: Durch den Gummischlauch 4 strömt die komprimierte Kohlensäure
in den Gummibalg 12 ein bzw. aus.
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Zum Öffnen wird der Daumen durch die Feder 5 zurückgezogen. Die i
land ist im Kugelgelenk 6 nacn allen Seiten schwenk- und drehbar. Alit dem Anschlußstuck
7 wird sie an der Ärmprothese angebracht.
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Fig. 2 zeigt die liandprothese mit umgekehrter NVirkungswelse. Der
L)aumen I wird durch die verstellbare Feder 8, um den Scharnierstift 3, schwenkbar
gegen die Finger gedrückt und zum Öffnen durch den Gummibalg 12 zurückgezogen. Die
komprimierte Kohlensäure strömt durch den Gummischlauch 4 ein bzw. aus.
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Fig. 3 zeigt ein Steuerventil zu der Handprothese nacii 1 lg, 1 (las
ain ieil'gurtel getragen uibd durch die Bauchmuskeln betätigt wird. Die komprimierte
Kohlensäure strömt aus dem Behälter 10 durch die Zuleitung 1 1 in den Gummibalg
12 und durch die Austrittsleitung i3 aus. in Ruhestellung drückt die Feder 14 mittels
Stift 15 die Austrittsleitung zusammen und verschließt sie, während die Zuleitung
ii offen ist, so daß der Gummibalg 12 gefüllt und der Daumen 1 in Fig. 1 angedrückt
wird. Durch Druck der Bauchmuskeln auf die Druckplatte I6 wird die Austrittsleitung
13 geöffnet und die Zuleitung 1 1 geschlossen, der Gummibalg 12 entleert sich und
die Hand öffnet sich.
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Fig. 4 zeigt ein Steuerventil zur Handprothese nach Fig. 2 iii ähnlicher
Ausführung wie das Steuerventil nach Fig. 3, jedoch mit umgekehrter NVirkui1gsweise.
Die komprimierte Kohlensäure strömt aus dein lAehilter 10 durch die Zuleitung II
in den Gummibalg 12 ein und durch die Austrittsleitung 13 aus. in Ruhestellung verschließt
die Feder 14 mittels Stift 15 die Zuleitung 11, der Gummibalg ist leer und der Daumen
1 in Fig. 2 durch die Feder 8 angedrückt. Durch Druck auf die Druckplatte 16 wird
die Austrittsleitung 13 geschlossen und die Zuleitung 1 1 geöffnet.
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Fig. 5 zeigt ein Steuerventil zur Handprothese nach Fig. 1, das ebenfalls
am Leibgürtel oder sonst einer geeigneten örperstelle angebracht und durch liebeii
einer Schulter l)etätigt wird. In Ruhestellung verschließt die Feder 17 mittels
Stift I8 die Austrittsleitung 13 und hält die Zuleitung 11 offen. Der Gummibalg
12 ist gefüllt, die Hand also geschlossen. Das Zugorgan 19 ist einerseits an Stift
I8, anderseits an der Schulter des Versehrten befestigt.
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Durch Heben der Schulter öffnet der Stift I8 die Austrittsleitung
I3 und schließt die Zuleitung II, der Gummibalg 12 leert sich, die Hand öffnet sich.
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Fig. 6 zeigt das gleiche Steuerventil wie Fig. 5, jedoch in umgekebrter
Ausführung. Für Handprothesen nach Fig. 2 in Ruhestellung verschließt die Feder
17 die Zuleitung II und hält die Austrittsleitung 13 offen, der Gummibalg 12 ist
leer, die Hand nach Fig. 2 geschlossen. Durch Heben der Schulter öffnet das Zugorgan
19 die Zuleitung 11 und schließt die Austrittsleitung I3, der Gummibalg I2 ist gefüllt
und öffnet die Hand.
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Fig. 7 zeigt ein Steuerventil für Handprothesen nach Fig. I, das
am Unter- oder Oberarmstumpf angebracht und durch Drehen des Stumpfes betätigt wird.
In Ruhestellung verschließt die Feder 20 mittels Doppelhebel 2I, der um den Punkt
22 schwenkbar ist, die Austrittsleitung I3 und halt die Zuleitung 1 1 offen, der
Gumlniba.g I2 ist gefüllt, die hand nach Fig. I geschlossen. Durch Drehen der Drehplatte
23, die einerseits mit Doppelhebel 21 fest verbunden und anderseits dem Armstumpf
angepaßt ist, im Uhrzeigersinn wird die Austrittsleitung 1,3 geöffnet und die Zuleitung
11 geschlossen, der Gummibalg leert sich und die Hand wird geöffnet.
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Fig. 8 zeigt das gleiche Steuerventil wie Fig. 7, jedoch in umgekehrter
Ausführung für Handprothesen nach Fig. 2. In Ruhestellung verschließt die Feder
20 die Zuleitung 11 und hält die Austrittsleitung I3 offen. Der Gummibalg 12 ist
leer, die Hand nach Fig. 2 geschlossen. Durch Drehen der L)rehplatte 23 im Uhrzeigersinn
wird die Zuleitung II geöffnet und die Austrittsleitung I3 geschlossen, der Gummibalg
12 gefüllt und die Hand geöffnet.
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Fig. g zeigt eine Unterarmprothese. Der Unterarm a3 ist um den0 Scharnierstift
24 schwenkbar an der Oberarmprothese 25 angebracht und wird durch einen Gummibalg
26 nach oben gebeugt. Der Kohlensäurebehälter 27 ist im Unterarm 23 gelagert und
kann durch Öffnen der Platte 28 herausgenommen werden. Durch die Zuleitung 29 gelangt
die komprimierte Kohlensäure in das Steuerventil 30 und von dort entweder in den
Gummibalg 26 oder entweicht durch die Austrittsleitung 31.
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Fig. IO zeigt ein Wechselventil zur Unterarmprothese nach Fig. 9.
Die komprimierte Kohlensäure strömt aus dem Behälter 27 durch die Zuleitung 29 in
den Gummibalg 26 und durch die Austrittsleitung 31 aus. Die Federn 32 schließen
mittels den beiden Stiften 33 beide Leitungen ab.
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Durch Drehen der Drehplatte 34 in der einen oder anderen Richtung
wird durch den Hebel 35 der eine oder andere Stift 33 zurückgedreht bzw. zurückgedrückt
und dadurch die Zuleitung 29 oder die Austrittsleitung 31 geöffnet und der Unterarm
gehoben oder gesenkt.
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Fig. 1 1 zeigt ein Wechselventil für die Unterarmprothese nach Fig.
g zur Bedienung durch die Schulter. Die Funktion ist dieselbe wie bei Fig. I0; statt
der l)rehplatte 34 ist jedoch ein l)oppel-
heliel 36 vorgesehen,
an dessen beiden Enden zwei i5ugorgane 37 befestigt sind, von denen das eine mlit
der rechten, das andere mit der linken Schulter des Versehrten verbunden ist. Durch
Anheben der einen oder anderen Schulter wird die Zuleitung oder Austrittsleitung
geöffnet.
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Fig. 12 zeigt eine Unterschenkelprothese. Der Unterschenkel 38 ist
um das Scharnier 39 schwenkbar an der Oberschenkelprothese 40 angebracht und wird
durch den Gummibalg 41 gestreckt und durch die Feder 42 gebeugt. Der Kohlensäurebehälter
43 ist im Unterschenkel 38 gelagert und kann durch Öffnen der Klappe 44 herausgenommen
werden.
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Durch die Züleitung 45 gelangt die komprimierte Kohlensäure in das
Steuerventil 9 und von dort in den Gummibalg 41 oder entweicht durch die Austrittsleitung
46. Das Steuerventil g ist dasselbe, wie das in Fig. 3 dargestellte.
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Fig. 13 zeigt eine Oberschenkelprothese. Der Oberschenkel 47 ist
um ein Scharnier 48 schwenkbar an der Hilfsprothese 49 angebracht und wird durch
die Feder 50 nach vorn und durch den Gummibalg 51 nach hinten gedrückt. Der Kohlensäurebehälter
52 ist im Oberschenkel 47 gelagert und kann durch Öffnen der Klappe 53 herausgenommen
werden. Durch die Zuleitung 54 gelangt die Kohlells.iure in das Doppelsteuerventil
55 und von dort in den Gummibalg 51 oder entweicht durch die Eintrittsleitung 56.
Der Unterschenkel entspricht dem in Fig. I2 dargestellten. Die Steuerung für den
Unterschenkel geschieht ebenfalls durch das Doppelsteuerventil 55. Dieses kann am
Leibgürtel oder am Arm angebracht werden.
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Fig. 14 zeigt ein Doppelsteuerventil für eine Oberschenkelprothese
nach Fig. 13. Die Kohlensäure strömt aus dem Behälter 52 im Oberschenkel durch die
Zuleitung 54 in den OberschenkelgummibalgosI und duich die Austrittsleitung 56 aus.
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Gleichzeitig strömt die Kohlensäure aus dein Behälter 43 im Unterschenkel
durch die Zuleitung 45 in den Unterschenkelgummibalg 41 und durch die Austrittsleitung
46 aus. In Ruhestellung verschließt die Druckfeder 57 mittels Stift 58 die Austrittsleitung
und hält die Zuleitung offen. Beide Gummibälge sind also gefüllt, Ober- und Unterschenkel
gestreckt. Durch Druck auf die Druckplatte 59 werden beide Austrittsöffnungen geöffnet
und beide Zuleitungen geschlossen, so daß sich die Gummibälge entleeren und durch
die Federn. der Oberschenkel nach vorn gedrückt werden. Zur Regulierung der Geschwindigkeit
der Bewegungen sind Stellschrauben 60 angebracht, die Zuleitung und Austrittsleitung
teilweise schließen.