WO2001043668A1 - Kniegelenk für eine beinprothese - Google Patents

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WO2001043668A1
WO2001043668A1 PCT/EP2000/011442 EP0011442W WO0143668A1 WO 2001043668 A1 WO2001043668 A1 WO 2001043668A1 EP 0011442 W EP0011442 W EP 0011442W WO 0143668 A1 WO0143668 A1 WO 0143668A1
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knee
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pivot axis
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PCT/EP2000/011442
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Lutz Biedermann
Wilfried Matthis
Thomas Frietsch
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Biedermann Motech Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a knee joint for a prosthetic leg according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a knee joint is known from a brochure from the company "Otto Bock Orthopedic Industry, Modular Brake Knee Joint, 1997". This known device has a forerunner which effects the extension of the joint and which is hooked onto the pivot axis.
  • Such a knee joint has the disadvantage that it is not suitable for high active patients and that the advancer loses its advancement effect when a certain angular position is exceeded and instead accelerates the kinking of the knee joint.
  • the object of the invention is to provide an improved knee joint.
  • Figure 1 is a side view, partly in section Dar ⁇ position along the line AA in Figure 5, a first embodiment in the basic position 0 ° of the knee joint.
  • Fig. 3 shows a corresponding representation in a neutral Stel ⁇ lung 75 °
  • FIG. 4 shows a side view of the illustration shown in FIG. 1 on a reduced scale
  • FIG. 6 shows one of the rare representations of a second embodiment shown in FIG. 4;
  • FIG. 8 shows a detail of the device shown in FIG. 7 along the section line A-A in the basic position 0 °;
  • Fig. 9 shows the corresponding representation in the flexion position 30 °.
  • the knee joint has an upper part 1 which can be connected to a thigh part and a lower part 2 which can be connected to a lower leg part.
  • Upper part 1 and lower part 2 are pivotally connected to one another via a knee axis 3.
  • the upper part 1 comprises an axle clamp 4 designed as a brake body and a pressure body 6 pivotally connected thereto via a pivot axis 5.
  • the lower part 2 as can best be seen from FIG. 5, has two lateral legs 7, 8, which are on the pressure body 6 facing away from the underside are connected to a Ver ⁇ connecting element 9 and the upper end facing away from the connecting element ent 9 form the bearing for the knee axis 3.
  • the pressure element 6 has a connecting element 10 on its upper side facing away from the connecting element 9 Connect to a thigh part and on its lower end facing away from it two lateral legs 11, 12, via which the pressure body 6 is connected to the pivot axis 5.
  • the Achsschelle 4 is slotted on one side with a slot 31 and has a the lower part 2 facing the first part 13 and a the lower ⁇ part facing away through the slot 31 of which separate two ⁇ th part 15, the two parts 13 and 15 being integrally connected to one another on the side facing away from the slot.
  • a brake bushing 32 surrounding the wave-shaped knee axis 3 is also slotted. The position of the knee axis 3 is selected so that it lies at a lateral distance from a vertical connecting line 25 between the two connecting elements 9, 10.
  • the pivot axis 5 is arranged in the first part 13 of the axle clamp 4.
  • the free end of the second part 15 is thus in a position which, seen laterally, lies between the knee axis 3 and the pivot axis 5 and above it.
  • the axle clamp 4 On the side of the connecting line 25 facing away from the pivot axis 5, the axle clamp 4 has a cam curve 17 which has a first section 18 which, as the distance from the pivot axis 5 increases, also increases its distance from the center of the knee axis 3. This is followed by a second section 19 which extends in a circle around the knee axis 3.
  • the pressure body 6 is pivotally connected at one end to the two side legs 11, 12 via the pivot axis 5 with the axle clamp 4. It has a pressure wedge 20 on the side opposite the free end 16, which rests on the free end 16 with its surface opposite the free end 16.
  • the pressure wedge 20 and, in particular, the pressure surface cooperating with the free end 16 lie, seen in the lateral direction, between the connection line 25 mentioned and the pivot axis 5.
  • a prestressing screw 21 is provided on the side of the pressure wedge 20 opposite the free end, with which a fine adjustment of the position of the pressure wedge 20 is possible. Furthermore, an adjusting spring 22 is provided on the position opposite the pressure wedge 20 in the axle clamp 4, which rests with its spring-preloaded end on the free end 16 in a direction towards the pressure wedge 20 and thus forms an adjustable counterforce against the pressure wedge 20, so that without load and thus no braking action a free Be ⁇ movement can take place around the knee axis.
  • the friction between the surface of the axle clamp 4 thus changes as a function of the force exerted on the free end of the second part 15 via the pressure element 6 and in particular via the pressure wedge 20.
  • the extent of braking is due to the setting spring 22 can be predetermined.
  • Bearings 23 are provided in each of the two lateral legs 7, 8, in which bearings a shaft 24 extending parallel to the knee axis 3 is supported.
  • the lateral bearings are designed such that they extend with their lower end facing away from the upper part 1 in a position relative to the connecting line 25 on the side of the pivot axis 5 and with their upper end on the opposite side approximately below the knee axis 3.
  • the shaft 24 is so through the springs 23 provided in the bearings to the upper end hm biased that the shaft 24 presses against the cam curve 17.
  • the first section 18 of the cam curve 17 is chosen so large that the distance of the points of the curve from the axis of rotation 3 in a swiveling range of the pressure body 6 from 0 ° to approximately 75 ° the connecting line 25 increases.
  • the bending position of approximately 30 ° shown in FIG. 2 thus counteracts a considerable resistance through the shaft 24.
  • the second section 19 then follows, in which the cam curve runs in a circle around the knee axis 3. In this area, the shaft 24 has a neutral effect.
  • FIGS. 6 to 9 differs from the first embodiment in that a pneumatic swing phase control 26 is provided as the advancer instead of the spring-loaded shaft 24 interacting with the cam curve 17.
  • a pneumatic swing phase control 26 is provided as the advancer instead of the spring-loaded shaft 24 interacting with the cam curve 17.
  • This comprises a piston-cylinder device with a cylinder 27 and a piston rod 28.
  • the free end of the cylinder 27 is pivotally attached to a pivot axis 29 which is held close to the connecting element 9 on the connecting line 25 by the side legs 7, 8.
  • the free end of the piston rod 28 is pivotally connected to a pivot axis 30 with an extension 31 ′ formed in one piece with the axle clamp 4 with the axle clamp 4.
  • the position of the pivot axis 30 is selected so that it lies on the side of the knee axis 3 facing away from the pivot axis 5 and at a distance therefrom.
  • the two pivot axes 5 and 30 are preferably approximately mirror-symmetrical to one parallel to the Connecting line 25 aligned, through the knee axis

Abstract

Es wird ein Kniegelenk für eine Beinprothese mit einem Bremsgelenk geschaffen, mit dem die Laufeigenschaften wesentlich verbessert werden. Das Bremsgelenk weist eine Bremseinrichtung auf, deren Bremswirkung mit zunehmender Belastung in axialer Richtung zunimmt und mit zunehmender Beugestellung abnimmt. Zusätzlich ist eine Schwungphasensteuerung vorgesehen.

Description

KNIEGELENK FÜR EINE BEINPROTHESE
Die Erfindung betrifft ein Kniegelenk für eine Beinprothese nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein solches Kniegelenk ist aus einem Prospekt der Firma "Otto Bock Orthopädische Industrie, Modular-Bremskniegelenk, 1997" bekannt. Diese bekannte Vorrichtung weist einen die Streckung des Gelenkes bewirkenden Vorbringer auf, der an der Schwenkachse eingehakt ist. Ein solches Kniegelenk hat den Nachteil, daß es für hoher aktive Patienten nicht geeignet ist und daß der Vorbringer bei Überschreiten einer bestimmten Winkelstellung seine Vorbringerwirkung verliert und stattdessen das Einknicken des Kniegelenkes beschleunigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Kniegelenk zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das m Patentanspruch 1 beschriebene Kniegelenk gelost.
Weiterbildungen der Erfindung sind m den Unteranspruchen gekennzeichnet . Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise in geschnittener Dar¬ stellung entlang der Linie A-A in Fig. 5, einer ersten Ausfuhrungs form in Grundstellung 0° des Kniegelenkes;
Fig. 2 eine entsprechende Darstellung in Beugestellung 30°;
Fig. 3 eine entsprechende Darstellung in einer Neutralstel¬ lung 75°;
Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Darstellung in verkleinertem Maßstab;
Fig. 5 eine Vorderansicht des Kniegelenkes;
Fig. 6 eine der in Fig. 4 gezeigten Seltendarstellung einer zweiten Ausfuhrungsform;
Fig. 7 eine Ruckansicht;
Fig. 8 einen Ausschnitt der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung entlang der Schnittlinie A-A m Grundstellung 0°; und
Fig. 9 die entsprechende Darstellung m Beugestellung 30°.
Wie am besten aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, weist das Kniegelenk ein mit einem Oberschenkelteil verbindbares Oberteil 1 und ein mit einem Unterschenkelteil verbindbares Unterteil 2 auf. Oberteil 1 und Unterteil 2 sind über eine Knieachse 3 schwenkbar miteinander verbunden. Das Oberteil 1 umfaßt eine als Bremskorper ausgebildete Achsschelle 4 und einen über eine Schwenkachse 5 schwenkbar damit verbundenen Druckkorper 6. Das Unterteil 2 weist, wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist, zwei seitliche Schenkel 7, 8 auf, die auf ihrer dem Druckkorper 6 abgewandten Unterseite mit einem Ver¬ bindungselement 9 verbunden sind und die in ihrem dem Verbin- dungsele ent 9 abgewandten oberen Ende das Lager für die Knieachse 3 bilden. Wie ferner am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist, weist der Druckkorper 6 an seiner dem Verbindungselement 9 abgewandten Oberseite ein Verbindungselement 10 zum Verbinden mit einem Oberschenkelteil und auf seinem diesem abgewandten unteren Ende zwei seitliche Schenkel 11, 12 auf, über die der Druckkörper 6 mit der Schwenkachse 5 verbunden ist .
Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Achsschelle 4 einseitig mit einem Schlitz 31 geschlitzt und weist ein dem Unterteil 2 zugewandten ersten Teil 13 und einen dem Unter¬ teil abgewandten durch den Schlitz 31 davon getrennten zwei¬ ten Teil 15 auf, wobei die beiden Teile 13 und 15 an der dem Schlitz abgewandten Seite einstückig miteinander verbunden sind. Eine die wellenförmig ausgebildete Knieachse 3 umgebende Bremsbuchse 32 ist ebenfalls geschlitzt ausgebildet. Die Position der Knieachse 3 ist so gewählt, daß diese in einem seitlichen Abstand von einer vertikalen Verbindungslinie 25 zwischen den beiden Verbindungselementen 9, 10 liegt. Auf der der gedachten Verbindungslinie 25 gegenüberliegenden Seite in einem Abstand von der Knieachse 3 ist die Schwenkachse 5 in dem ersten Teil 13 der Achsschelle 4 angeordnet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, liegt das freie Ende des zweiten Teiles 15 somit in einer Position, die seitlich gesehen zwischen der Knieachse 3 und der Schwenkachse 5 und oberhalb derselben liegt. Die Achsschelle 4 weist auf der der Schwenkachse 5 abgewandten Seite der Verbindungslinie 25 eine Nockenkurve 17 auf, die einen ersten Abschnitt 18 besitzt, der mit zunehmendem Abstand von der Schwenkachse 5 auch seinen Abstand vom Mittelpunkt der Knieachse 3 vergrößert. Daran schließt sich ein zweiter Abschnitt 19 an, der sich kreisförmig um die Knieachse 3 erstreckt.
Der Druckkörper 6 ist an seinem einen Ende mit seinen beiden seitlichen Schenkeln 11, 12 über die Schwenkachse 5 mit der Achsschelle 4 schwenkbar verbunden. Er weist an der dem freien Ende 16 gegenüberliegenden Seite einen Druckkeil 20 auf, der mit seiner dem freien Ende 16 gegenüberliegenden Flache an dem freien Ende 16 anliegt.
Der Druckkeil 20 und insbesondere die mit dem freien Ende 16 zusammenwirkende Druckflache liegen in seitlicher Richtung gesehen zwischen der erwähnten Verbindungslinie 25 und der Schwenkachse 5.
Auf der dem freien Ende gegen berliegenden Seite des Druckkeiles 20 ist eine Vorspannschraube 21 vorgesehen, mit der ein Feinabgleich der Position des Druckkeiles 20 möglich ist. Ferner ist auf der dem Druckkeil 20 gegenüberliegenden Position in der Achsschelle 4 eine Einstellfeder 22 vorgesehen, die mit ihrem federvorgespannten Ende auf das freie Ende 16 in einer Richtung zum Druckkeil 20 hin anliegt und somit eine einstellbare Gegenkraft gegen den Druckkeil 20 bildet, so daß ohne Belastung und damit ohne Bremseinwirkung eine freie Be¬ wegung um die Knieachse 3 erfolgen kann.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ändert sich somit in Abhängigkeit von der über den Druckkorper 6 und insbesondere über den Druckkeil 20 auf das freie Ende des zweiten Teiles 15 ausgeübten Kraft die Reibung zwischen der Oberflache der Achsschelle 4. Das Ausmaß der Bremsung ist durch die Einstellfeder 22 vorbestimmbar.
In den beiden seitlichen Schenkeln 7, 8 sind jeweils Lager 23 vorgesehen, in denen eine sich parallel zur Knieachse 3 erstreckende Welle 24 gelagert wird. Die seitlichen Lager sind so ausgebildet, daß sie sich mit ihrem dem Oberteil 1 abgewandten unteren Ende m einer Position relativ zu der Verbindungslinie 25 auf der Seite der Schwenkachse 5 und mit ihrem oberen Ende auf der gegenüberliegenden Seite in etwa unterhalb der Knieachse 3 erstrecken. Die Welle 24 ist durch die in den Lagern vorgesehenen Federn 23 zum oberen Ende hm so vorgespannt, daß die Welle 24 gegen die Nockenkurve 17 druk- kend anliegt.
Wie am besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, wird der erste Abschnitt 18 der Nockenkurve 17 so groß gewählt, daß der Abstand der Punkte der Kurve von der Drehachse 3 in einem Schwenkbereich des Druckkorpers 6 von 0° bis etwa 75° gegen die Verbindungslinie 25 zunimmt. Der in Fig. 2 gezeigten Beugestellung von etwa 30° wirkt somit eine erhebliche Wider- kraft durch die Welle 24 entgegen.
Sobald die Schwenkung über 75° fortschreitet, schließt sich dann der zweite Abschnitt 19 an, in dem die Nockenkurve kreisförmig um die Knieachse 3 verlauft. In diesem Bereich wirkt die Welle 24 neutral.
Die in den Fig. 6 bis 9 gezeigte zweite Ausfuhrungsform unterscheidet sich gegenüber der ersten Ausfuhrungs form dadurch, daß als Vorbringer anstelle der mit der Nockenkurve 17 zusammenwirkenden federvorgespannten Welle 24 eine pneumatische Schwungphasensteuerung 26 vorgesehen ist. Diese umfaßt eine Kolbenzylindereinrichtung mit einem Zylinder 27 und einer Kolbenstange 28. Das freie Ende des Zylinders 27 ist an einer Schwenkachse 29 schwenkbar befestigt, die nahe bei dem Verbindungselement 9 auf der Verbindungslinie 25 von den seitlichen Schenkeln 7, 8 gehalten wird. Das freie Ende der Kolbenstange 28 ist um eine Schwenkachse 30 schwenkbar mit einem mit der Achsschelle 4 einstuckig ausgebildeten Ansatz 31' mit der Achsschelle 4 schwenkbar verbunden.
Die Position der Schwenkachse 30 ist so gewählt, daß diese auf der der Schwenkachse 5 abgewandten Seite der Knieachse 3 und in einem Abstand von dieser liegt. Vorzugsweise liegen die beiden Schwenkachsen 5 und 30 in der gestreckten Grundstellung in etwa spiegelsymmetrisch zu einer parallel zur Verbindungslinie 25 ausgerichteten, sich durch die Knieachse
3 erstreckenden Linie. Dadurch wird wiederum erreicht, daß die größte Widerkraft im Bereich der Beugestellung von 20° bis 40° und vorzugsweise bei etwa 30° und eine Neutralwirkung in der Neutralstellung in einem Bereich von 55° bis 80° und vorzugsweise bei etwa 75° erfolgt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Kniegelenk für eine Beinprothese, mit einem mit einem Oberschenkelteil verbindbaren Oberteil
(1) und einem mit einem Unterschenkelteil verbindbaren Un¬ terteil (2) mit einem auf der dem Oberteil (1) abgewandten Seite vorgesehenen ersten Verbindungselement (9), und ei¬ ner Oberteil und Unterteil schwenkbar miteinander verbin¬ denden Knieachse (3), wobei das Oberteil (1) eine die Knieachse (3) umgebende Achsschelle (4) und einen über eine in einem Abstand von der Knieachse (3) angeordnete Schwenkachse (5) mit der Achsschelle (4) verbundenen Druckkorper (6) auf der dem Unterteil (2) abgewandten Seite aufweist, wobei der Druckkorper (6) durch Einwirken auf die Achsschelle (4) bei Belastung bremsend auf die Schwenkbewegung um die Knieachse (3) einwirkt und auf seiner dem Unterteil
(2) abgewandten Seite ein zweites Verbmdungselement (10) aufweist, und mit einem Vorbringer (24, 26) zum Strecken des Gelenkes, wobei m der gestreckten Grundstellung die Knieachse (3) einerseits und die Schwenkachse (5) und die Stelle der Einwirkung des Druckkorpers (6) auf die Achs- schelle andererseits auf den beiden gegenüberliegenden Seiten einer Verbindungslinie (25) zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungselement (9, 10) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbringer (24, 26) auf der Seite der Knieachse (3) an dem Oberteil (1) angreift.
2. Kniegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsschelle (4) einseitig geschlitzt ausgebildet ist mit einem dem Unterueil (2) zugewandten ersten Teil (13) und einem dem Unterteil abgewandten durch den Schlitz davon getrennten zweiten Teil (15), wobei der Druckkorper (6) bei Belastunα mit einem mit dem freien Ende αes zwe_- ten Teiles (15) zusammenwirkenden Abschnitt (20) zum Bremsen zusammenwirkt, und daß die Achsschelle (4) auf ihrer dem Druckkorper (6) abgewandten Seite eine Nockenkurve (17) mit einem ersten (18) und einem daran anschließenden zweiten Abschnitt (19) aufweist, wobei der erste Abschnitt (18) eine Kurve aufweist, deren Abstand vom Mittelpunkt der Knieachse (3) standig zunimmt, und der zweite Abschnitt (19) eine Kurve aufweist, die im wesentlichen eine Kreisbahn um die Knieachse (3) beschreibt, und daß das Unterteil (2) eine gegen die Nockenkurve (17) vor¬ gespannte Welle (24) aufweist.
3. Kniegelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (24) auf einer Bahn zwischen einem ersten Abstand von der Knieachse (3) und einem größeren zweiten Abstand bewegbar ist und zu dem ersten Abstand hin feder¬ vorgespannt ist.
4. Kniegelenk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsstelle der Welle (24) an der Nockenkurve
(17) in der geraden Grundstelle auf der der Schwenkachse (5) abgewandten Seite eines durch den Mittelpunkt der Knieachse (3) gehenden sich parallel zu der Verbindungslinie (25) erstreckenden Lotes, m einer Beugestellung von 20° bis 40° und vorzugsweise etwa 30° in etwa auf dem Lot und in einer Neutralstellung von 55° bis 80° und vorzugsweise etwa 75° auf der Seite der Schwenkachse liegt.
5. Kniegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsschelle (4) in einem Abstand von der Knieachse (3) auf der der Schwenkachse (5) abgewandten Seite eine zur Knieachse (3) parallele zweite Schwenkachse (30) aufweist und eine Schwungphasensreuerungseinrichtung (26) vorgesehen ist, die mit einem Ende an der zweiten Schwenkachse (30) und mit dem anderen Ende an einer dritten Schwenkachse (29) des Unterteiles (9) verbunden ist.
6. Kniegelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schwenkachse so positioniert ist, daß ihr Abstand zu der Verbindungslinie (25) kleiner ist als der Abstand der Knieachse (3) von der Verbindungslinie.
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