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Oberschenkelprothese nebst hydraulischer Sperrvorrichtung für das
Kniegelenk solcher Prothesen
Die Erfindung bezieht sich auf Beinprothesen und befaßt
sich insbesondere mit einer Oberschenkelprothese, bei der der Unterschenkel sowie
der an denselben angelenkte Fuß in einem unbelasteten Zustand des letztgenannten
in der Hauptsache im Verhältnis zum Oberschenkelteil durch einen Winkelbereich zwischen
einem rechten oder etwas spitzigen Winkel und einer Strecklage von ungefähr iSo0
frei beweglich ist, während eine hydraulische Sperrvorrichtung selbsttätig beim
Auftreten auch der geringsten Belastung des Prothesenfußes zur Wirkung kommt, um
eine Sperrung des Kniegelenkes derart herbeizuführen, daß die Beweglichkeit zwischen
Ober- und Unterschenkelteil sofort in der Winkellage aufgehoben wird, in der sich
der Unterschenkel im Verhältnis zum Oberschenkel in dem Augenblick befindet, in
dem die Belastung des Prothesenfußes wirksam auftritt.
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Beinprothesen werden im allgemeinen in zwei Hauptgruppen eingeteilt,
die sich dadurch unterscheiden, ob die Prothese ein natürliches Bein ersetzen soll,
das oberhalb oder unterhalb des Knies amputiert worden ist. Die bei Prothesen der
letztgenannten Art, d. h.' für einen Unterschenkelstumpf (tibialen Stumpf) auftretenden
Probleme sind wesentlich einfacher als die Schwierigkeiten, die bei der Herbeischaffung
einer Prothese für ein Bein überwunden werden müssen, das oberhalb des
natürlichen
Knies amputier.t worden ist. Im erstgenannten Fall dürfte in der Regel das noch
verbliebene Knie und dessen Muskulatur eine ausreichende Kontrolle über die Beweglichkeit
des Kniegelenkes der Prothese ermöglichen und somit zu einem verhältnismäßig gleichförmigen
und natürlichen Gang des Prothesenträgers beitragen.
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Handelt es sich dagegen um einen künstlichen Ersatz für eine Person,
die das eine oder gar beide Beine oberhalb des Knies verloren hat, so müssen ganz
andere Bedingungen an die Konstruktion einer entsprechenden Prothese gestellt werden,
zumal ein Oberschenkelstumpf (femuraler Stumpf) nicht mehr in der Lage ist, irgendwelche
aktive Kontrolle über die Beweglichkeit oder die Bewegung des Unterschenkels im
Verhältnis zum Oberschenkel auszuführen. Da sich die Erfindung jedoch ausschließlich
mit einer Oberschenkelprothese befaßt, werden im nachstehenden nur die mit dieser
Prothesengruppe verknüpften Probleme näher erläutert.
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Im Laufe der letzten Zeit und insbesondere nach dem zweiten Weltkrieg
ist eine Vielzahl von verschiedenen Prothesenkonstruktionen vorgeschlagen, hergestellt
und praktisch ausprobiert worden, wobei sich sowohl Bandagisten als auch sonstige
Beinprothesenspezialisten eifrigst bemüht haben, ein Erzeugnis zu schaffen, das
nicht nur dem Beinamputierten ermöglichen soll, seinen Gang an den einer Person
mit zwei gesunden Beinen anzugleichen, sondern auch in der Lage ist, dem Prothesenträger
ein solches Vertrauen zu seinem künstlichen Ersatz zu geben, daß er sich ganz darauf
verlassen kann. Praktisch durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß der wesentliche
Unterschied zwischen natürlichem und artifiziellem Gang (Gang mit der Prothese)
und somit auch der größte Nachteil bisher bekannter Oberschenkeiprothesen darin
besteht, daß das Kniegelenk während eines jeden Schrittes eines stoßweise auftretenden
Abwärtsbewegung ausgesetzt wird, die darauf zurückzuführen ist, daß die Kniegelenkachse
bei den bisher bekanntgewordenen Prothesen dieser Art in jedem Falle hinter deren
eigentlichen Schwerpunktlinie gelegen ist, was wiederum zu einer Verlängerung der
Prothese bei der Abwicklung eines jeden Schrittes führt. Wenn auch die wissenschaftliche
Forschung Hand in Hand mit den auf diesem Spezialgebiet durchgeführten praktischen
Untersuchungen zu einer gewissen Herabminderung dieses Nachteils geführt hat, besteht
nach wie vor bei diesen bekannten Prothesen eine ausgesprochene Neigung zum Zusammenknicken
infolge einer Belastung gegen die Gehfläche, da es bis zum heutigen Tag nicht möglich
war, für das Kniegelenk solcher Prothesen eine Sperrvorrichtung zu schaffen, die
in jeder Hinsicht imstande war, die obengenannten Unsicherheitsfaktcren restlos
zu beheben.
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Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, die oben angeführten
Nachteile zu übenvinden und dabei eine Oberschenkelprothese geschaffen, bci der
unter Vermittlung eines Kniegelenkes eine im wesentlichen unbehinderte Schwenkbeweglichkeit
zwischen dem Ober- und Unterschenkelteil gewährleistet ist, solange die Prothese
unbelastet bleibt, bei der diese Beweglichkeit im gleichen Augenblick autotmatisch
blockiert wird, indem die Prothese und insbesondere deren Fußteil einem Widerstand
begegnet, und zwar in der vom Ober- und Unterschenkelteil jeweils im Augenblick
der Blockierung eingenommenen Winkelstellung, und bei der die obenerwähnte stoßweise
auftretende Abwärtsbewegung bei jedem Schritt gleichzeitig auf ein Minimum reduziert
wird.
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Zur Lösung der oben gestellten Aufgaben dient eine aus einem Oberschenkelteil,
einem an diesem angelenkten und mit einer hydraulischen Kniegelenksperrvorrichtung
versehenen Unterschenkelteil sowie einer an dem Unterschenkelteil angelenkten Prothesenfuß
bestehende Prothese, welche erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine hydraulische
Sperrvorrichtung aus zwei Zylindern mit je einem Kolben und aus einem Ventilgehäuse
mit zwei Ventilen - einem Primärventil und einem Sekundärventil -, welch letzteres
durch eine von dem Prothesenträger zu betätigende Reguliervorrichtung geöffnet werden
kann, um eine regulierte Biegung der Prothese zuzulassen, wenn die Prothese infolge
der Belastung des Prothesenfußes gesperrt ist, durch einen am Prothesenfuß schwenkbar
angelenkten Zwischenteil, der in der Längsrichtung des Beines verschoben'werden
kann, durch eine an dem Hebel angelenkte Kolbenstange, an welcher die Kolben angebracht
sind, und durch bewegliche Glieder, über die das Primärventil mit dem Zwischenteil
verbunden ist, so daß es bei einer auf den Prothesenfuß wirkenden Belastung durch
Betätigung einer mit dem Ventil verbundenen Feder od. dgl. geschlossen werden und,
wenn die genannte Belastung aufhört, unmittelbar ge-' öffnet werden kann.
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Es sind zwar mit einer hydraulischen Sperrvorrichtung versehene Prothesen
bekannt, bei welchen das Kniegelenk durch Ventile gesteuert wird. Diese Ventile
werden aber durch die Beinbewegungen mittels elastischer Bänder gesteuert, die von
einem Gürtel ausgehen. Es ist ausgeschlossen, mit einer derartigen Vorrichtung eine
zuverlässige Betätigung und Steuerung der Ventile zu erreichen.
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Nach einem anderen wesentlichen Merkmal der Erfindung sind außer
den die automatische Blockierung der Kniegelenkvorrichtung bewirkenden Organen noch
weitereVorrichtungen in der hydraulischen Sperrvorrichtung enthalten, die auch in
dem blockierten Zustand der letztgenannten eine von dem Prothesenträger absichtlich
und unter seiner vollen Kontrolle herbeigeführte langsame Bewegung des Unterschenkelteiles
zu dem Oberschenkelteil aus der Strecklage in eine recht- oder spitzwinklige Lage
gestatten.
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Die Erfindung wird im einzelnen an Hand der Zeichnungen erläutert,
in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigt Fig. I
teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer neuen Oberschenkelprothese, deren
Unter-und Oberschenkelteil in voll ausgestreckter Lage zueinander dargestellt sind,
Fig.
2 einen Längsschnitt nach Fig. I, von der Rückseite gesehen, Fig. 3 die Ausführungsform
nach Fig. I, jedoch der Unterschenkelteil etwa im rechten Winkel zu dem Oberschenkelteil
geschwenkt, Fig. 4 einen Längsschnitt durch die im Unterschenkelteil eingebaute
Sperrvorrichtung für das Kniegelenk, Fig. 5 einen waagerechten Schnitt in der Linie
V-V der Fig. 4 durch das Ventilgehäuse, der Sperrvorrichtung, Fig. 6 einenLãngsschnitt
etwa in derLinieVI-VI der Fig. 5 durch das Sekundärventil, Fig. 7 eine Ansicht des
Ventilgehäuses von der Seite, an welcher das Primärventil und seine Betätigungsorgane
durch den Prothesenfuß angebracht sind, Fig. 8 einen senkrechten Schnitt durch das-Primärventil
in der Linie VIII-VIII der Fig. 5, Fig. 9 einen senkrechten Schnitt durch den Prothesenfuß,
teilweise abgebrochen, in unbelastetem Zustand; Fig. 10 den Fußteil nach Fig; 9,
jedoch - in belastetem Zustand, Fig. in diesen Fußteil im Schnitt nach der Linie
XI-XI in Fig. g von. der Rückseite aus gesehen, Fig. I2 einen Längsschnitt durch
das Primärventil in größerem Maßstab.
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Der Oberschenkelteil I der Prothese (vgl. Fig. I bis 3) ist mittels
der Kniegelenkachse 2 gelenkig mit dem Unterschenkelteil 3 verbunden, so daß dieser
gegen den Oberschenkelteil in einem Winkelbereich von mindestens go0 geschwenlct
werden kann. Der am unteren Ende des Unterschenkelteils 3 angebrachte Prothesenfuß
4 kann aus der in Fig. 1 dargestellten Lage bis zur Beugung im spitzen Winkel zum
Unterschenkelteil 3 bewegt. werden.
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Zwischen dem Oberschenkelteil I und dem Prothesenfuß 4 ist in dem
Ünterschenkelteil 3 die im ganzen mit H bezeichnete hydraulische Sperrvorrichtung
für das Kniegelenk der Prothese eingebaut. Diese Sperrvorrichtung besteht (vgl.
Fig. 4) aus einem mittleren Ventilgehäuse 8 und zwei an der oberen bzw. der unteren
Stirnfläche des Ventilgehäuses 8 starr befestigten Zylindern, nämlich einem oberen
Zylinder Sa und einem unteren Zyliner Sb, die koaxial angeordnet sind. Die beiden
Zylinder enthalten je einen Kolben 6a bzw. 6b, die in unveränderlichem Abstand voneinander
auf der gemeinsamen Kolbenstange 9 befestigt sind. Die beiden dem Ventilgehäuse
zugekehrten und durch die nach innen gewandten Flächen der beiden Kolben begrenzten
Zylinderräume bilden gemeinsam mit den Kanälen im Ventilgehäuse ein erstes, aktives
Flüssigkeitssystem von konstantem Volumen. Um einen Flüssigkeitsverlust aus diesem
System nach außen zu verhindern, sind die Kolben 6a und 6b mit Packungen 7 versehen.
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Die gemeinsame Kolbenstange 9 verläuft (vgl.
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Fig. -I bis 4) von dem unteren Kolben 6b durch eine Dichtungshülse
in der Mitte des Ventilgehäuses 5 durch den oberen Kolben 6a und durch einen Verschlußdeckel
10 am oberen Ende des Zylinders Sa bis zum Kniegelenk der Prothese,- wo ihr oberes
Ende gelenkig mit dem Hebelarm I I verbunden ist, welcher Teil einer Lagerhülse
ist, die fest mit dem Oberschenkelteil verbunden, jedoch um eine den Ober- mit dem
Unterschenkelteil I bzw. 3 gelenkig miteinander verbindende und im Schwerpunktsbereich
der Prothese gelegene Achse 2 drehbar gelagert ist.
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Die hydraulische Sperrvorrichtung H als Ganzes wird mittels einer
am unteren Ende 5C eingesetzten Stange 12- gelenkig von einem Achsenzapfen I3 (vgl.
Fig. g bis II) getragen, der fest in einem am unteren Ende des Unterschenkelteils
befestigten Plattenteil 14 verankert ist. Daraus geht hervor, daß eine Abstandsänderung
in senkrechter Richtung zwischen dem Plattenteil 14 und der hydraulischen Sperrvorrichtung
H ausgeschlossen ist.
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Zwischen dem Plattenteil 14 und dem Prothesenfuß 4 kommt nun folgende
Wechselwirkung zustande: Um zunächst eine gewisse Schwenkbewegung des Fuß teils
4 im Verhältnis zum Unterschenkelteil 3 herbeizuführen, ist dem Fußteil 4 ein Zwischenglied
16 zugeordnet, in dem auf zweckmäßige Weise ein Drehzapfen 15 rechtwinklig zur Längsrichtung
des Fußteils 4 befestigt ist. Die gelenkige Beweglichkeit des Fuß teils 4 im Verhältnis
zum Zwischenglied I6 wird durch eine Feder 4a begünstigt, durch einen Anschlag begrenzt
und durch sachgemäß bemessene und angebrachte Gummipuffer 4c ausgeglichen. Zur Sicherstellung
einer in jeder Hinsicht zuverlässigen Betätigung der hydraulischen Sperrvorrichtung
H in Abhängigkeit von einer am Fußteil auftretenden Belastung muß in senkrechter
Richtung eine geringfügige Abstandsänderung zwischen dem Zwis'chenglied I6 und dem
Plattenteil 14 unter gleichzeitigem Ausschluß aller sonstigen Bewegungsmöglichkeiten
oder -richtungen herbeigeführt werden. Zu diesem Zweck hat der Platte teil 14 eine
ebene Bodenfiäche 14b und eine etwa in der Mitte liegende zylindrische Bohrung I4a.
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Der Bodenfläche I4b liegt die ebene Oberfläche I6h des Zwischengliedes
I6 gegenüber, und das als Teil des Zwischenglieds I6 ausgebildete zylindrische Stück
I6a ragt in die Bohrung 14a hinein.
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In der zylindrischen Wandung des Sockels 16a sind zwei sich in Druckmesserrichtung
gegenüberliegende Öffnungen I6C ausgespart, um den Durchgang eines in dem Plattenteil
14 vorhandenen Achszapfens 13 zu gestatten, der somit den Sokkel 16a in seiner Lage
innerhalb der zylindrischen Bohrung 14a sichert. Demzufolge bildet diese Bohrung
nicht nur eine zylindrische Steuerung für den Sockel 16a und gleichzeitig auch für
den gesamten Fußteil3, sondern sie ermöglicht auch eine be- -grenzte axiale Beweglichkeit
des Fußteils 4 im Verhältnis zum Plattenteil 14 und zur hydraulischen Sperrvorrichtung
für das Kniegelenk. Diese Axialbewegung wird nun- zur Betätigung der hydraulischen
Sperrvorrichtung H ausgewertet.
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Diese Axialbewegung nach oben erfolgt augenblicklich, sobald der Prothesenfuß
bei der Berührung mit der Gehfläche einem Widerstand begegnet. Die Axialbewegung
nach unten setzt ein, sobald dieser Widerstand aufhört. Um eine gleichmäßige und
stoßfreie Annäherungsbewegung der ebenen, den Sockel 16a umschließenden, ringförmigen
oberen Fläche I6b des Zwischengliedes I6 gegen die ebene Bodenfläche I4b des Plattenteils
14 zu gewährleisten, ist die eine oder sind beide dieser Flächen mit einer weichen
Zwischenlage I7 aus geeignetem Material, beispielsweise aus Schwammgummi, versehen.
Die Größenordnung der Relativbewegung des Zwischengliedes zum Plattenteil ist außerordentlich
gering.
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Das Zwischenglied 16 (vgl. Fig. II) trägt einen Bolzen 18, an dessen
oberem Ende eine Hülse 19 od. dgl. mittels einer Schraube 18a schwenkbar befestigt
ist. In das obere Ende der Hülse 19 ist ein -Stab 20 eingeschraubt oder in anderer
Weise in Längsrichtung einstellbar befestigt. Das obere Ende des Stabes 20 (vgl.
Fig. 7) ist mit einem kurzen Hebelarm 21 verbunden, der zur Betätigung des Primärventils
der hydraulischen Sperrvorrid -ng H für das Kniegelenk in Abhängigkeit von c;er
obenerwähnten geringen Relativbewegung des Zwischengliedes I6 und zugleich des Fußteils
4 im Verhältnis zum Plattenteil 14 und dementsprechend auch zur Stange I2 bzw. zur
Sperrvorrichtung, d. h. zur Kontrolle der Arbeitsweise dieser Vorrichtung dient.
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Der kurze, schwenkbar mit dem oberen Ende des Stabes 20 verbundene
Hebelarm 21 ist fest angebracht auf einen drehbar in einer Hülse des Ventilgehäuses
8 gelagerten Ventilheber 22. Im rechten Winkel zur Mittellinie des Ventilhebers
22 ist im Ventilgehäuse 8 ein Kanal zwischen den bei den Zylindern 5a und 5b vorgesehen,
in dem ein Ventilfutter 23 befestigt ist, dessen Umfangslinie den Umfang der Ventilheberhülse
überschneidet (vgl. Fig. 8 und insbesondere Fig. 12). Es entsteht so zwischen diesen
beiden zylindrischen Teilen eine kleine oeffnung. Das dem unteren Zylinder 5b zugekehrte
Ende des Ventilfutters 23 ist als Ventilsitz ausgebildet und enthält ein Primärventil
25 mit einem dem Ventilsitz entsprechenden Ventilkopf 25a. Die Spindel dieses Primärventils
hat drei etwa symmetrisch verteilte Abflachungen und daher einen etwa dreieckigen
Querschnitt, wie bei 25b in Fig. 5 angedeutet. Von den zwischen den Abflachungen
verbleibenden drei in der Längsrichtung der Ventilspindel liegenden Kanten enthält
die dem Ventilheber 22 zugekehrte eine kleine Aussparung 25f (Fig. 12), die zur
Aufnahme eines nockenähnlichen Ansatzes 22a (Fig. 8) am Ventilheber 22 dient. Eine
Drehung des Primärventils in seinem Ventilfutter wird durch (nicht dargestellte)
Organe verhindert.
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Das obere; dem Ventilkopf entgegengesetzte Ende des Primärventils
25 weist eine abgesetzte zylindrische Verlängerung 25e auf (Fig. 12), die durch
eine Schraubenmutter 25C od. dgl. abgeschlossen ist. Zwischen dieser Schraubenmutter
25 und dem oberen Rand des Ventilfutters 23 ist eine aus sehr dünnem Draht, z. B.
mit einem Durchmesser von 0,5 mm gefertigte schraubenförmige Druckfeder 25d eingespannt,
die bestrebt ist, das Primärventil geschlossen zu halten, um in belastetem Zustand
des Prothesenfußes jeden Flüssigkeitsdurchgang vom unteren zum oberen Zylinder und
somit eine Beugung der Prothese zu verhindern. Demgegenüber ist aber im Belastungszustand
eine Streckbewegung der Prothese möglich, beispielsweise wenn sich der Prothesenträger
aus sitzender Stellung erhebt, da in solchen Fällen eine Abwärtsbewegung der Kolbenstange
und der Kolben hervorgerufen wird. Dabei bewirkt der hierdurch im oberen Zylinder
entstehende Überdruck das Öffnen des Primärventils entgegen der Druckspannung der
Feder25d, so daß Flüssigkeit aus diesem Zylinder und entlang der Abflachungen der
Ventilspindel durch den Spalt zwischen Ventil sitz und Ventilkopf in den unteren
Zylinder strömen kann. Daß das Primärventil unter dieser Bedingung als Rückventil
arbeiten kann, ist darauf zurückzuführen, daß der Ventilheber 22 das Primärventil
25 zwangläufig nur dann betätigt, wenn er bei unbelastetem Prothesenfuß seine äußerste
Einstellage im Drehsinn des Uhrzeigers einnimmt, während er bei und nach seiner
Zurückführung in umgekehrtem Drehsinn durch eine gegen den Prothesenfuß wirksam
werdende Belastung weiter keinen Einfluß auf das Primärventil ausüben kann, da dessen
nockenähnlicher Ansatz 22a dann völlig aus der Bahn der Betätigungsfläche der Aussparung
25f in dem gegenüberstehenden Rücken der Primärventilspindel herausgeführt ist.
Durch beschriebene Anordnung des Primärventils wird somit einerseits eine unbehinderte
Beweglichkeit des Unterschenkelteils zum Oberschenkelteil in einem unbelasteten
Zustand der Prothese und andererseits eine wirksame Blokkierung des Kniegelenks
auch gegen die geringste Winkelbewegung zwischen Ober- und Unterschenkelteil in
einem belasteten Zustand der Pr these gewährleistet. Es ist aber eine erheblich
zur Bequemlichkeit des Prothesenträgers beitragende Streckbewegung des Unterschenkelteils
gegenüber dem Oberschenkelteitl möglich, solange der Prothesenfuß gegen eine feste
Unterlage ruht. Mit an; deren Worten, die Aufhebung einer zuvor gegen den Prothesenfuß
wirksamen Belastung bewirkt zwangläufig die Einstellung des Primärventils zur offenen
Lage, während die Kontrolle über dieses Ventil automatisch auf die Feder 25d unmittelbar
nach der Aufhebung der das zwangläufige Öffnen des Primärventils veranlassenden
Ursache oder Impulses übergeht. Infolge der aus leicht verständlichen Gründen getroffenen
Sicherheitsmaßnahmen wird somit unter normalen Verhältnissen das Primärventil im
selben Augenblick geöffnet, in dem der Prothesenfuß aktiv oder passiv die Gehfläche
verläßt. Unter gewissen Umständen und insbesondere beins normalen Gehen hat es sich
als erwünscht und zweckmäßig gezeigt, das zwangläufige Öffnen des Primärventils
eine geringe Zeitspanne
vor den Augenblick zu legen, in dem der
Prothesen fuß endgültig die Gehfläche verläßt, jedoch erst, nachdem das Körpergewicht
des Proithesenträgers in der Hauptsache von dem natürlichen oder auch dem zweiten
künstlichen Bein übernommen worden ist. Diese Möglichkeit wird gemäß der Erfindung
durch besondere Maßnahmen verwirklicht.
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Es wurde schon erwähnt, daß die geringe Gelenkigkeit des Prothesenfußes
gegenüber dem Zwischenglied I6 durch eine Druckfeder 4a begünstigt, durch einen
Anschlag 4b begrenzt und durch Gummipuffer 4c aus- bzw. abgeglichen wird. Erfindungsgemäß
wird nun ein Zusammenwirken zwischen der Feder 4a und dem Anschlag 4b derart herbeigeführt,
daß das um eine kurze Zeitspanne vorverlegte Öffnen der Primärventile in einfacher
und zuverlässiger Weise erfolgt.
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Das Zusammenwirken sei unter der Annahme erläutert, daß sich der
Prothesenträger um einen Schritt vorwärts bewegt, der mit dem natürlichen Fuß unmittelbar
neben dem Prothesenfuß anfängt und wieder aufhört. Bei dem ersten Halbschritt mit
dem natürlichen Bein, bei welchem das ganze Körpergewicht auf der Prothese ruht,
neigt sich ihr Unterschenkelteil aus der in Fig. IO gezeigten Lage in der Hauptsache
parallel zur Vertikalebene allmählich nach vorn im Verhältnis zu dem noch mit seiner
ganzen Fläche auf dem Boden ruhenden Prothesenfuß. Die hierdurch hervorgerufene
Schwenkbewegung um den Zapfen 15 führt zu einem Zusammendrücken der zwischen dem
Plattenteil 14 und einer entsprechenden Anlagefläche auf dem Prothesenfuß eingespannten
Feder 4b (vgl.
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Fig. IO). Diese Schwenkbewegung wird unter der Kontrolle der Feder
4b fortgesetzt, bis der am unteren Teil des Zwischengliedes i6 befestigte Anschlag
4b die entsprechende Anliegefläche 4d des Fußteils 4 berührt. Etwa in diesem Zeitpunkte
berührt der natürliche Fuß gegen Ende des ersten Halbschrittes wieder die Gehfläche,
und die zweite Phase des Haillischrittes mit der Prothese beginnt.
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Durch die teilweiseEntlastung der Prothese und die allmähliche Übernahme
des Körpergewichtes von dem natürlichen Bein entsteht im Fußteil eine geänderte
Wirkungsweise, indem dieser nunmehr die Funktion eines zweiarmigen Hebels übernimmt,
dessen einer Arm hinter und dessen zweiter Arm vor der gegenwärtig als Schwenkungspunkt
wirkenden Anliegefläche 4d gelegen ist. Dies bedeutet, daß der normale Drehpunkt
zwischen dem Fußteil 4 und dem Zwischenglied 16 zeitweise in Richtung nach vorn
verlagert worden ist, d. h. vom Zapfen 15 zur Fläche 4d. Im weiteren Verlauf der
Übernahme des Körpergewichts durch das natürliche Bein und die dadurch hervorgerufene
allmähliche Entlastung der Prothese, der bald eine Zugbeanspruchung folgt, hebt
sich nun der Hackenteil des Prothesenfuß.es -oder der rückwärtige Arm des obengenannten
Hebels - von der Gehfläche. Der biegsam mit dem Prothesenfuß verbundene Spitzenteil
stützt sich nach wie vor gegen die Gehfläche. Danach setzt.die dritte Phase des
Halbschrittes mit der Prothese ein. Das Zwischenglied wird infolge der beschriebenen
Hebelwirkung von dem Plattenteil 14 abgerissen und das Primärventil zwangsweise
geöffnet, solange der Spitzenteil des Prothesenfußes noch auf der Gehfläche ruht.
Während der nunmehr folgenden letzten Phase des Halbschrittes mit der Prothese nach
Aufhebung der Blockierung des Kniegelenkes wird die Prothese von der Gehfläche ab
mit Hilfe des. Stumpfes, an welchem sie befestigt ist, abgehoben und der Unterschenkelteil
bis zur Strecklage nach vorn geschwenkt. Danach wird der Fußteil in seine Endlage
neben den natürlichen Fuß gebracht, und ein nächster Schritt kann be ginnen. Am
Ende der letzten oder vierten Phase, d. h. im Augenblick der Berührung des Prothesenfußes
mit einer festen Unterlage, wird die Prothese selbstätig gegen jede Biegungsmöglichkeit
blockiert.
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Der genaue Zeitpunkt der dritten Phase, d. h. des zwangläufigen Öffnens
des PrimärventiLs, kann durch Regelung der Federkraft oder mit Hilfe einer einstellbaren
Feder beliebig nach den individuellen Wünschen. des Prothesenträgers bestimmt werden.
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Die beiderseits des Zapfens 15 in der Längsrichtung des Fußteils
vorgesehenen Gummipuffer 4C ermöglichen stoß freie Bewegung des Fußteils im Verhältnis,
zum Unterschenkelteil unter Vermittlung des Zwischengliedes I6 sowohl um den Drehzapfen
I5 als auch um den Punkt 4d, der zeitweise den Drehpunkt darstellt.
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Die hydraulische Sperrvorrichtung H für das Kniegelenk hat außer
der automatischen Kontrolle durch das Primärventil zur Ergänzung auch eine handbetätigte
Kontrollmöglichkeit, die vorzugsweise im belasteten Zustand der Prothese angel wendet
werden kann. Das Ventilgehäuse 8 enthält auch ein von Hand zu betätigendes Sekundärventil
3I (vgl. Fig. 6), das durch den Prothesenträger mittels eines Reglerorgans 1a geöffnet
und geschlossen werden kann. Vorzugsweise ist es außen und oben am Oberschenkelteil
angebracht und durch die Kleidung mit der Hand zu erreichen. Die Betätigung des
Sekundärventils erfolgt auf mecham schem Wege, beispielsweise unter Vermittlung
eines Bowdenzuges.
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Es ist also in dem Ventilgehäuse 8 ein dem Primärventilkanal 25 entsprechender
Sekundärkanal zwischen dem oberen und dem unteren Zylin. der 5a bzw. 5o vorgesehen,
in dem gleichfalls ein Futter 26 für das Sekundärventil 31 enthalten ist.
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Das Futter 26 ist etwas kürzer als das des Primärventils, um einen
Abschluß des Sekundärkanals an seinem dem oberen Zylinder Sa zugekehrten Ende mittels
eines Verschlußdeckels 27 zu ermöglichen.
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Das Sekundärventil dient zur Kontrolle eines Flüssigkeitskanals zwischen
den beiden Zylindern; dessen Querschnittsfläche erheblich geringer ist als die des
Primärventilkanals. Demnach besteht der Flüssigkeitskanal des Sekundäryentils aus
einem redhtwinklig zum Ventilfutter 26 liegenden Kanal 28a (Fig.. 6), der sich zwischen
einer Öffnung 26a etwa in der Mitte des Futters 26 und einer Aussparung in der Ventilgehäusewandung
erstreckt.
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Ein senkrechter im rechten Winkel zum Kanal 28a stehender Kanal 28b
verbindet den oberen Zy-
liner 5, unmittelbar mit der Aussparung,
in welcher eine Ventilhülse 29 zur Aufnahme eines Nadetlventils 30 vorgesehen ist.
Dieses Ventil dient zur Feineinstellung des Durchlaßquersclmitts des Kanals 28a
und kann beispielsweise mit Hilfe eines Schraubenziehers verstellt werden. Die Ventilhülse
29 ist nach außen durch eine Schutzschraube2ga abgeschlossen.
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In dem Ventilfutter 26 ist das Sekundärventil 3I, das im wesentlichen
ähnlich dem Primärventil 25, aber etwas kürzer ausgestaltet ist, in axiale,r Richtung
beweglich und normal unter der Einwirkung einer Druckfeder 31a geschlossen. Dieses
Ventil wird durch einen Ventilheber 32 und unter Vermittlung eines Hebelarmes 32a
(Fig. 5) betätigt, und zwar über den schon erwähnten, an dem Außenendie des Hebelarmes
32a befestigten Bowdenzug Ib (Fig. I). Die Bewegung erfolgt in Abhängigkeit von
der jeweiligen Einstellung des Reglerorgans 1a durch den Prothesenträger, der somit
in der Lage ist, dieses Sekundärventil zu öffnen und zu schließen, sobald eine Betätigung
dieses Ventils erforderlich oder erwünscht fest, beispielsweise beim Abwärtsgehen
auf einer Treppe, währenddessen das Primärventil selbsttätig infolge des Belastungszustandes
der Prothese geschlossen ist. Das Öffnen des Sekundärventils gestattet nämlich ein
langsames Biegen des Unterschenkelteiles im Verhältnis zum Oberschenkelteil bis
etwa zu einem rechten Winkel, auch wenn das Primärventil geschlossen ist.
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Der Umstand, daß die Querschnittsfläche des von dem Sekundärventil
gesteuerten Kanals zwischen den beiden Zylindern wesentlich kleiner ist als der
Durchgangsquerschnitt zwischen dem Primärventil und dessen Futter, stellt ein wesentliches
Merkmal der Erfindung dar. Es wurde schon darauf hin gewiesen, daß die Betätigung
des Sekundärventiis nur bei Belastung des Prothesenfußes - und in erster Linie beim
Abwärtsgehen auf einer Treppe in Be tracht kommt. Wenn der Prothesenträger dabei
das Sekundärventil öffnet, so kann von dem unteren zu dem oberen Zylinder nur eine
stark begrenzte Flüssigkeitsmenge durch den verengten Sekundärkanal fließen, so
daß die Biegung des Unterschenkelteiles auf jeden Fall nur langsam im Verhältnis
zum Oberschenselteil erfolgen kann. Dieser Biege vorgang kann jeder Zeit durch Schließen
des Ventils beendet werden, was dem Prothesenträger in einem hohen Maße ein Sicherheitsgefühl
gibt. Da ferner immerhin damit gerechnet werden muß, daß durch einen Anstoß oder
durch eine unabsichtliche Bewegung des Prothesenbrägers über das Bedienungselement
das Sekundärventil geöffnet werden könnte, ist ein plötzliches Zusammenkuieken des
Unterschenkelteiles bis zur äußersten Biegungslage mit unabsehbaren Folgen für den
Prothesenträger dadurch vermeidlich, daß der Querschnitt des Sekundärvelitilkanals
wesentlich kleiner gehalten ist als der des Primärventilkanals. Dieser soll dagegen
möglichst groß sein, um im unbelasteten Zustand der Prothese eine praktisch ungehemmte
Beweglichkeit zwischen Ober- und Unterschenkel zu gewährleisten. Somit wird das
Vertrauen des Prothesenträgers zu seinem künstlichen Ersatz für ein verlorenes Bein
durch die Gewißheit gestärkt, daß- er bei Bedarf eine Biegung desselben mit mäßiger
Geschwindigkeit auch in belastetem Zustand veranlassen kann, daß er diese Biegung
zu jeder Zeit unter seiner vollen Kontrolle hat und daß unter keinen Umständen irgend
etwas für ihn Nachteiliges eintreten kann. Ei kann sich also voll und ganz auf seine
Prothese verlassen. Außerdem ist der zulässige Querschnitt des Sekundärvenrilkanals
in einfacher Weise, lediglich mit Hilfe eines Schraubenziehers, einstellbar, so
daß die Geschwint digkeit, mit der die Biegung der Prothese durch das t)ffnen des
Sekundärventils von Hand vor sich geht, dem Körpergewicht und den individuellen
sonstigen Belangen des Prothesenträgers genau angepaßt werden kann.
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Das zweite, passive Flüssigkeitssystem in der hydraulischen Sperrvorrichtung
H für das Kniegelenk wird von den Innenräumen der beiden Zylinder 5a und 5b oberhalb
des Kolbens 6a bzw. unterhalb des Kolbens 6b gemeinsam mit einer mittig angeordneten
Bohrung durch die Kolbenstange g nebst entsprechenden Seiten Öffnungen in der Kolbenstange
g gebildet. Dieses, ebenso wie das erste, aktive Flüssigkeitssystem mit einer Flüssigkeit,
wie Öl, Glycerin od. dgl., gefüllte flüssigkeitskommunizierende System dient in
erster Linie zur Verminderung der Reibung der Kolben und deren Packungen gegen die
Zylinderwände Die in dem oberen Zylinderraum 5a (vgl. Fig. 4) eingeschlossene Flüssigkeit
kann bei einer Aufwärtsbewegung der Kolbenstange g und der Kolben 6a und 6b durch
die seitliche Offnung 9bJ die Bohrung 9a und durch das offene Ende der Kolbenstange
g in den unteren Zylinderraum unterhalb des Kolbens 6b strömen.
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Bei einer Abwärtsbewegung der Kolben und der Kolbenstange infolge
einer Streckung der Prothese strömt die Flüssigkeit in der entgegengesetzten Richtung.
Ferner bewirkt die im passiven System eingeschlossene Flüssigkeit eine zuverlässige
und fast reibungslose Abdichtung gegenüber der in dem System enthaltenen Flüssigkeit.
Außerdem wird ein allenfalls im aktiven System eintretender Flüssigkeitsmangel unmittelbar
durch Flüssigkeit aus dem passiven System ergänzt. Die Kolbenpackungen 7 sind deshalb
so ausgestaltet, daß sie in Richtung zum Ventilgehäuse, also zum aktiven Flüsslgkeitssystem
hin flüssigkeitsdurchlässig, in der anderen Richtung jedoch zuverlässig dicht sind.
Dementsprechend ist die Bohrung 9a über die obere Seitenöffnunggb bis zum Punktgc
hinaus verlängert worden, der oberhalb des Zylinderdeckels 10 liegt. Dort ist eine
gewöhnlich verschlossene seitliche Öffnung zum Nachfüllen von Flüssigkeit vorgesehen.
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Die Oberschenkelprothese und ihre hydraulische Sperrvorrichtung für
das Kniegelenk wirkt während des Gehens folgendermaßen: In dem Belastungszustand
der Prothese, bei welchem der Fußteil 4 auf der Gehfläche ruht (vgl. Fig. I und
2), ist das Zwischenglied I6 durch eine äußerst geringfügige Bewegung zum dichten
Anliegen gegen den
Plattenteil 14 gebracht worden, und dabei ist
der Stab 20 gleichzeitig bis zu seiner obersten Einstelllage verschoben. Durch diese
Bewegung hat der Ventilheber 22 das Primärventil 25 freigegeben, so daß es durch
die Kraft der Feder 25b geschlossen ist. Es kann keine Flüssigkeit vom unteren zum
oberen Zylinder fließen und daher eine Biegung des Unterschenkelteiles in Richtung
des Oberschenkelteiles nicht erfolgen.
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Sobald jedoch das Körpergewicht des Prothesenträgers von der Prothese
auf das natürliche oder auch ein zweites künstliches Bein gegen Ende des »natürlichen«
Halbschrittes verlagert wird und der Fuß oder der andere Prothesenfuß die Gehfläche
fest berührt, wird das Zwischenglied I6 wieder in seine ursprüngliche Lage auf geringen
Abstand von dem Plattenteil 14 unter Mitnahme des Stabes 20 gebracht, so daß das
Primärventil 25 zwangläufig geöffnet und die Blockierung des Kniegelenkes unmittelbar
aufgehoben wird und der Prothesenträger imstande ist, den Unterschenkelteil 3 unter
Mitwirkung der Kniegelenkachse2 nach vorn bis zur Strecklage gegenüber dem Oberschenkelteil
zu schleudern und den Prothesenfuß in Berührung mit und zum Stützen auf die Gehfläche
zu bringen, in welchlem Moment das Kniegelenk sofort wieder gesperrt wird und ein
neuer Zyklus Schrittbewegungen beginnen kann Beim Hinabsteigen einer Treppe steht
der Pro.-thesenträger bei Beginn dieses Vorhabens direkt vor der zu nehmenden Stufe
mit dem Kniegelenk der Prothese gesperrt infolge der auf ihr ruhenden Belastung.
Somit kann er das natürliche Bein -oder die zweite Prothese - von der Stufe abheben
und zur Einleitung des Abwärtsschrittes nach vorn strecken unter gleichzeitiger
Betätigung des Reglerorgans am oberen, äußeren Ende des Oberschenkelteiles in die
dem Öffnen des Sekundärventils entsprechende Richtung. Somit kann die im unteren
Zylinder 5b zuvor eingeschlossene Flüssigkeit durch den Spalt zwischen dem Sitz
und dem Kopf des Sekundärventils, an den abgeflachten Ventilspindelflächen, durch
den Kanalzweig 2&a, entlang dem -Nadelventil 30 in den oberen Zylinder Sa unter
der Einwirkung des von dem Kolben 6b und der Kolbenstange 9 ausgeübten Druckes langsam
fließen, so daß sich der Unterschenkel mit mäßiger Geschwindiglteit in Richtung
zum Oberschenkelteil um das Kniegelenk neigt. Da diese Bewegung in ihrem vollen
Umfange unter der Kontrolle des Prothesenträgers steht, erfolgt sie in derselben
natürlichen Weise wie bei einem gesunden, natürlichen Bein, bis der natürliche oder
der zweite Prothesenfuß die nächste untere Stufe berührt und allmählich wieder das
gesamte Körpergewicht übernimmt. Danach wird der Prothesenfuß von der oberen Stufe
heruntergezogen, wobei der Unterschenkelteil durch sein Eigengewicht bis zur Strecklage
geschwenkt wird und der Prothesenfuß neben den natürlichen Fuß auf die untere Stufe
gestellt werden kann, in welchem Moment. die Blockierung sofort wieder wirksam wird.
Danach kann der nächste Schritt treppab beginnen.
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Es ist im vorhergehenden und insbesondere im Zusammenhang mit Fig.
9 bis II darauf hinter wiesen, daß sich die Relativbewegung des Zwischengliedes
I6 zum Plattenteil 14 und demzufolge auch die des Stabes 20 zur Stange I2 und der
hydraulischen Sperrvorrichtung H für das Kniegelenk in sehr geringen Grenzen hält.
Bei praktisch ausgeführten und mit größter Sorgfalt ausprobierten Prothesen der
oben beschriebenen Gattung ist es möglich gewesen, diese Relativbewegung bis auf
o,56 mm zu reduzieren, ohne die absolut sichere und einwandfreie Betätigung des
Primärventils zur Ausübung seiner Kontrolifunktion über die Blokkierung und D'eblockiernng
des Kniegelenks in Abhängigkeit von dem belasteten bzw. unbelasteten Zustand der
Prothese irgendwie in die Gefahrenzone zu bringen. Diese auf ein absolutes Minimum
herabgesetzte Bewegung zwischen der Prothese im Ganzen und deren Fußteil ist weder
von dem Pro thesenträger noch von einem Beobachter wahrnehmbar. Der ungleichförmige
und.stoßbetonte Gang ist restlos eliminiert. Der Übergang von einem biokkierten
zu einem deblockierten Zustand des, Kniegelenks und umgekehrt unter der Kontrolle
der hydraulischen Sperrvorrichtung vollzieht sich in derselben weichen und elastischen
Weise, wenn der Prothesenträger seine Prothese von der Gehfläche hebt, um einen
neuen Schritt einzuleiten.