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Kniegelenk für Obers chenkelkunstbeine
Einer der bekanntesten Mängel
der Kniegelenke an Oberschenkelkunstbeinen ist der, daß Ider Träger eines solchen
Kunstbeines bein Verschwenken des Beines die entsprechende Hüfte anheben muß, damit
die Fußspitze des dabei etwas nach hinten gericbteten Unterschenkels über dem Boden
nach vorn vorgeschwen.kt werden kann. Es sind schon viele Vorschläge gemacht worden,
diesem Mangel abzuhelfen. Sie gehen meistens in der Richtung, daß man, entsprechend
dem Verhalten des Fußes am natürlichen Bein, am Kunstbein eine IEinrichtung vorsieht,
die beim Vorholen des Kunstbeines die Fußspitze gegen den Unterschenkel heranholt.
Alle diese Einrichtungen sind jedoch sehr kostspielig und vor allem nicht sehr zuverlässig
und konnten sich bisher nicht einführen.
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Die Erfindung geht von der neuartigen Erlcenntnis aus, daß diesem
Mangel durch eine einfache Abwandlung im Aufbau der bekannten Kniegelenke abgeholfen
werden kann. Es ist zu diesem Zweck gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Schwenkachse
des Kniegelenks auch bei durchgestrecktem Bein vor der Verbindungslinie zwischen
dem Hüftgelenk und dem Fußgelenk liegt, und daß eine bei Beinbelastung wirksame
Sperre für das Beugen des Knies im Kniegelenk vorgesehen ist.
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Damit wird mit der bei allen bekannten Oberschenkelkunstbeinen innegehaltenen
und als unumstößlich betrachteten Regel gebrochen, daß die Schwenkachse des Kniegelenks,
die bei gebeugtem Knie selbstverständlich vor der Verbindungslinie zwischen Hüftgelenk
und Fußgelenk liegt, bei gestrecktem Bein etwas hinter dieser Verbindungslinie liegen
müsse, ,damit bei belastetem Bein ,die Tendenz eines Durchknickens nach hintern
und damit eines Anliegens an einem dieses Durchknicken
verhindernden
Anschlag gewährleistet ist. Sobald diese Schwenkachse auf oder vor der genannten
Verbindungslinie liegt, würde ja bei normalen Kunstbeinen das belastete Bein nach
vorn durchknicken und ein Stehen auf dem Bein praktisch unmöglich machen. Dieses
Durchknicken läßt sich aber mit sehr einfachen Mitteln durch eine eingebaute Beugungssperre
ebensogut verhindern wie durch einen Anschlag gegenüber Durchknicken nach hinten.
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Durch die Verlegung der Schwenkachse vor die genannte Verbindungslinie
wird, wie der Erfinder erstmals erkannte, aber der wichtige Vorteil erzielt, daß
beim Beugen des Beines gegenüber den bekannten Kunstbeinen mit hinten liegender
Schwenkachse eine relative Verkürzung der Entfernung vom Hüftgelenk bis zur Fußspitze
erreicht wird, so daß man das neue Kunstbein ohne Ausheben des Hüftgelenks nach
von schwenken kann.
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In der Zeichnung sind Schemadarstellungen und ein Ausführungsbeispiel
des Gegenstands der Erfindung wiedergegeben. Aus der Beschreibung dieser in, der
Zeichnung dargestellten Ausführung ergeben sich noch weitere erfinderische Abwandlungen
des Gegenstands der Erfindung. Es zeigt Fig. I das Schema eines gestreckten Kunstbeines
bekannter Ausführung und Fig. 2 die gleiche Beinstellung bei einem Bein gemäß der
Erfindung; Fig. 3 und 4 zeigen im Schema die Beugestellung des Beines alter bzw.
neuer Ausführung; Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch das Knie, wobei die Schnittebene
in Marschrichtung liegt; Fig. 6 itst ein weiterer Schnitt durch das Kniegelenk mit
einer Schnittebene längs der Schnittlinie V-V in Fig. 5; Fig. 7 zeigt in vergrößerter
Darstellung den Längsschnitt durch einen Einzelteil des neuen Kniegelenks, und zwar
sind die beiden Schnitthälften um 90° zueinander versetzt.
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In den Fig. 1 bis 4 ist das Hüftgelenk mit H, die Schwenkachse des
Kniegelenks mit K und das Fußgelenk mit F bezeichnet. Der Oberschenkel O und der
Unterschenkel U sind in diesen Schemafiguren jeweils durch' ein entgegengesetzt
schraffiertes, rechtwinkliges Dreieck dargestellt, wobei die längere Kathete etwa
der idealen Mittelachse des Ober- bzw. des Unterschenkels entspricht, gegenüber
,der in beiden Fällen das Kniegelenk um einen kleinen, durch die kleine Kathete
bestimmten Betrag seitlich versetzt ist. Die Hypotenusen der Dreiecke stellen dabei
die Wirkungslinien des von dem Kunstbein gebildeten Kniegelenksystems, d. h. die
unmittelbare geradlinige Verbindung der tatsächlichen Gelenkpunkte dar. Bei durchgestrecktem
Bein bilden die angenommene Mittellinie des Oberschenkels 0 und die entsprechende
Mittellinie des Unterschenkels U eine Gerade, wie dies die Fig. 1 und 2 zeigen.
Die Lage der eigentlichen Schwenkachse des Kniegelenks K ist bei den bekannten Beinen
gemäß Fig. 1 so gewählt, daß die Kniegelenkachse in Marschrichtung gesehen hinter
der Verbindungslinie des Hüft- und Fußgelenks liegt, die sich in diesem Eall mit
der durchgestreckten Lage der Mittelachsen des Ober- und Unterschenkels 0 bzw. U
deckt. Bei einer Beugung des Beines der in Fig. 1 dargestellten Bauart gemäß Fig.
3 sieht man, daß beim Durchbeugen die beiden kleinen Katheten des die Schenkel darstellenden
Dreiecks einen sich erweiternden Winkel bilden. In der Fig. 2 ist das Schema eines
Kunstbeines nach der Erfindung wiedergegeben. Hier liegt die Kniegelenkachse vor
der Verbindungslinie zwischen dem Hüft- und Fußgelenk, auf der bei durchgestrecktem
Bein wiederum die Mittelachsen 0 und U des Ober- und Unterschenkels liegen. Wenn
man ein solches Bein, wie in Fig. 4 gezeigt, beugt, kommen die beiden, die Schenkel
versinnbildlichenden Dreiecke teilweise, und zwar mit dem Scheitelpunkt des rechten
Winkels, zur gegenseitigen Überdeckung.
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Der erwähnte Winkel zwischen den kleinen Katheten klafft also beim
Beugen nicht auf, sondern verringert sich im Gegenteil ins Negative. Dies wirkt
sich darin aus, daß bei gleichbleibender Länge der Schenkel und des Fußes der Abstand
zwischen der Fußspitze und der Höhe des Hüftgelenks H gegenüber der Darstellung
nach Fig. 3 wesentlich, und zwar um den Betrag D, verringert wird. Das ist derjenige
Betrag, der dem Träger eines Kunstbeines gemäß Fig. 2 und 4 ,das Ausheben des Hüftgelenks
beim Vorwärtsschwenken dies gebeugten Knnstbeines erspart.
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In den Einzeldarstellungen der Schnitte durch das Kniegelenk nach
F.ig. 5 bis 7 sind Idile Oberschenkel jeweils mit 11 und die Unterschenkel mit I'2
bezeichnet. D'er Unterschenkel weist dabei pfannenartige Aussparungen 121 auf, die
in ihrer Wölbung dem gewölbten. Stirnende Iii des Oberschenkels entsprechen. Im
Unterschenkel ist in einer Büchse 13 ein hohler Bolzen 14 längs geführt, der durch
einen Querbolzen 15 und eine Langlochdurchbrechung 141 gegen Verdrehung gesichert
ist und von einer im Bolzen 14 untergebrachten, zwischen dem Querbolzen 15 und dem
Grund des Bolzenhohlraums eingespannten Druckfeder 45 nach oben gedrängt wird. An
dem aus dem Unterschenkel 12 herausragenden Ende trägt der Bolzen 14 eine fest mit
ihm verbundene Lagerbüchse 16, in der ein Gelenkbolzen 17 fest eingesetzt ist, der
die Büchse I6 nach beiden Seiten überragt.
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An dem Gelenkbolzen 17 ist innerhalb einer in der Zeichnung nicht
erkennbaren Aussparung der Lagerbüchse 16 eine Gelenklasche 19 angelenkt, die ihrerseits
mit ihrem anderen Ende um einen Quer bolzen 20 verschwenkbar ist. Dieser Bolzen
ist über eine Büchse 21 in einer weiteren Querbohrung 113 des. Oberschenkels gelagert.
Die Lasche 19 und ,der Bolzen 14 können innerhalb bestimmter Grenzen verschiedene
Winkel miteinander einschließen. Der eine Grenzfall ist in Fig. 5 gezeichnet. Hierbei
ist zur Begrenzung dieses Winkels am Bolzen 14 ein fester Anschlag 23 angeschweißt,
gegen den bei dieser Winkelstellung die Lasche 19 anzuliegen kommt. Um die Verschwenkung
der Lasche 19 um die Achse 20 zuzulassen, sind im Oberschenkel Kreisbogenschlitze
112 vorgesehen, in denen die
überstehenden Enden des Bolzens 17,
die zur Dämpfung mit Gummitüllen 18 überzogen sind, hin und ber schwingen können,
und an deren Enden sie zur Begrenzung des Ausschlags der Lasche 19 über die Gummitüllen
18 anzuliegen kommen.
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Die Gelenkteile bewegen sich bei der Beinbeugung so, daß die Lasche
19 mit dem Bolzen 14 ausschließlich um den Bolzen 20 aus der rechten in die gezeichnete
linke Endstellung der Lasche schwingt, worauf dann der Bolzen 14 seine Schwenkbewegung,
nun um den Bolzen 17, nach links fortsetzt, so daß sich jetzt der zwischen Bolzen
14 und Lasche 19 eingeschlossene Winkel verändert, nämlich zunimmt.
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Derartig ausgebildete Kn iegelenke mit zwei Schwenkachsen sind an
sich zur Bildung eines elliptischen Schwenkwegs der Unterschenkel bekannt.
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Bei. dem in der Zeichnung dargestellten Fall wird bei Belastung des
Beines der längs geführte Bolzen 14 zunächst entgegen einer Federkraft etwas in
den Unterschenkel hineingedrückt und bei unbelastetem Bein wieder zurückgezogen.
Die Rückbewegung ist begrenzt durch eine Gummipufferscheibe 24, die sich gegen zwei
Kontermuttern 25 abstützt, die in gewünschter Lage auf dem Gewindeende des Bolzens
14 feststelLbar sind. Der Bolzen 14 weist außerdem eine Mehrzahl von Querlöchern
I42 auf.
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Durch eines dieser Löcher i.st ein Federstab in Form eines entsprechend
starken Drahtes 26 hindurch gesteckt, dessen eines IEnde zwischen einer Doppelschneide
271 gehalten ist, welche ihrerseits an einer durch. die Mutte-r 2S verstellbaren
Schraube 27 vorgesehen ist. Das Ende des Federdrahtes 26 ist, wie aus Fig. 5 ersichtlich,
nach oben abgebogen und so gehalten, daß der Draht sich nicht um seine Längsachse
verschwenken kann.
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An. seinem anderen freien Ende trägt der Federstab 26 eine Gabel
29, die mit nach innen gerichtexten Spitzen 3.0 durch einander diametral gegenüberliegende
Öffnungen 311 einer Hülse 31 hindurchgreifen (Fig. 7). Diese Hülse 31 dient als
Klemmhülse für einen Stößel 32, der mit seinem einen Ende an einem Stift 33 in einer
Aussparung des Oberschenkels 11 angelenkt ist.
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Innerhalb der Hülse 31 ist ein Kugelkäfig 34 mit Kugeln 35 längs
beweglich geführt, wobei; die Hülse 31 im Bereich der Kugeln einen Klemmkonus 312
aufweist. Beim Abwärtsbewegen des Käfigs 34 verklemmen sich die Kugeln 35 zwischen
dem Stößel 32 und dem Klemmkonus 312 in der Weise, daß der Stößel in Richtung der
Konusspitze in seiner Längsbewegung gehemmt ist, wohl aber in umgekehrter Richtung
bewegt werden kann.
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Da die obenerwähnten Spitzen 30 an der am Federstab 26 angebrachten
Gabel 29 in entsprechende Pfannen 341 des. Käfigs 34 eingreifen, ergibt sich bei
der beschriebenen Anordnung, daß bei belastetem Bein und dadurch niedergedrücktem
Bolzen 14 über die Feder 26 der Käfig 34 niedergedrückt und dadurch Idler Kugelkranz
35 in Sp.errstellung gebracht wird. Da die Hülse 31 mit balligen Endflächen über
eine besondere Büchse 36 in Längsrichtung im Unterschenkel 12 gesichert ist, kann
also bei eingerücktem Klemmkäfig 34 der Stößel 32 sich nicht mehr in den Unterschenkel
12 hineinbewegen. Die Beugung dies Knies ist dadurch bei entlastetem Bein gesperrt.
Die Streckbewegung ist aber in keiner Weise gehemmt.
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Die gewölbten Stirnflächen 111 bzw. 121 des Ober- bzw. Unterschenkels
11 und I2 sind, wie aus Fig. 6 zu ersehen, jeweils mit Bremsbelägen 43 uad 44 belegt,
weil beim Einschieben des Bolzens 14 schließlich diese Stirnflächen miteinander
in Berührung kommen und in ihrer gegenseitigen Bewegung etwas gebremst werden sollen.
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Um den Hohlraum der Klemmhülse 31 zu bilden und für die Einführung
des Käfigs als zugänglich zu machen, ist an ihrem einen Ende ein besonderer Führungsring
37 fest in die Hülse 31 eingesetzt, während am anderen Ende eine ebenfalls der Führung
dienende Kappe 381 mit Hilfe von Schraubien 39 lösbar eingesteckt ist. In dieser
Kappe 38 i;st außerdem noch ein Schmierring 40 vorgesehen.
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In. dem Ring 37 sind Stifte 46 parallel zum Stößel 32 geführt. Eine
Feder 41 drückt sie übe.r einen Schiebering 47 stirnseitig gegen den Käfig 34 und
hält damit die Kugeln außer Eingriff mit dem Klemmkonus 3I2. Die Feder 41 stützt
sich mit ihrem anderen Ende gegen eine Stellmutter 42, mit der ihre Vorspannung
geändert werden kann, die so zu bemessen ist, daß während der ersten Beugephase
die schwache Feder 26 sich durchbiegt, ohne die Feder 41 überwinden zu können. Dadurch
kommt zunächst nur die Bremse III, 121 zur Wirkung. Erst nach einer gewissen Beugung
wird der über die durchgebogene Feder 26 übertragene Druck auf den Käfig 34 größer
al,s der Gegendruck der Feder 4I, so daß sich an die Bremsung eine Sperrung durch
das Kugelgesperre anschließt. Durch Verstellen der Mutter 42 kann der Bereich des
reinen Bremsens eingestellt werden.