WO2024115681A1 - Drehrichtungsabhängiges gesperre für eine orthese und orthese mit einem solchen gesperre - Google Patents

Drehrichtungsabhängiges gesperre für eine orthese und orthese mit einem solchen gesperre Download PDF

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WO2024115681A1
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locking mechanism
coupling
orthosis
coupling body
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PCT/EP2023/083782
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Patrick STECK
Michael Franz
Stefan GÖTZ
Jörg Miehling
David SCHERB
Sebastian Schwarz
Sandro Wartzack
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Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Körperschaft Des Öffentlichen Rechts
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    • A61F2005/0179—Additional features of the articulation with spring means

Definitions

  • the invention relates to a locking mechanism for an orthosis that is dependent on the direction of rotation.
  • the invention also relates to an orthosis with such a locking mechanism.
  • Orthoses are usually used to support joint movements in a patient's body and/or to limit the range of motion in order to prevent injuries or to avoid overloading existing injuries and thus support healing. Supporting joint movements is often useful or necessary in the case of acquired movement disorders, e.g. due to damage to the nervous system, e.g. strokes.
  • orthoses can also have means that support movement by applying force. Such means can include electric motors, for example. However, this often means that the corresponding orthosis is heavy (due to the electric motor and an associated energy storage device) and/or relatively bulky, which in turn can inhibit movement sequences.
  • the invention is based on the object of enabling improved support through orthoses.
  • a locking mechanism for an orthosis that is dependent on the direction of rotation has a first frame part for connection to a first orthosis shell and a second frame part for connection to a second orthosis shell.
  • these two orthosis shells can each be assigned to a joint on a different side of a joint to be supported by the orthosis in the intended state of use, for example a lower leg and the associated foot or lower leg and thigh.
  • the locking mechanism has a coupling body that is arranged between the first and second frame parts, and a locking body.
  • the coupling body is preferably interposed between the first and second frame parts, and is adjustable between a free-running position in which the first and second frame parts can be freely moved, in particular rotated, against each other, and a coupling position in which the first and second frame parts are coupled to each other in terms of force transmission technology indirectly via the coupling body, and preferably with the interposition of a kinetic energy storage device.
  • the locking body is also adjustable between a locking position in which the locking body prevents rotation of the coupling body in a first direction of rotation and a release position in which the locking body allows rotation of the coupling body in the first direction of rotation.
  • the dependence on the direction of rotation is thus particularly given in that the locking body prevents rotation in the first direction of rotation, at least in the locking position.
  • the coupling body is spring-loaded in the direction of the coupling position.
  • the coupling body is forced into the coupling position by means of a spring body.
  • This spring body is therefore expediently also part of the locking mechanism.
  • the locking mechanism preferably also has an adjusting means which is designed to adjust the clutch body towards the freewheel position under the action of an adjusting force applied externally to the locking mechanism.
  • the adjusting means therefore counteracts the aforementioned spring body at least under the action of the adjusting force.
  • the adjusting means therefore transfers the adjusting force to the clutch body and thus causes it to be adjusted into the freewheel position (and in particular also out of this). This enables controllable use of the clutch body.
  • a preferred state is made possible, in particular without an externally applied adjusting force.
  • the clutch body is therefore always in a defined state when used as intended - i.e. in the clutch position or in the freewheel position using the external adjusting force.
  • the clutch body can alternatively be spring-loaded into the freewheel position.
  • the actuating means is designed to adjust the clutch body into the clutch position under the effect of the actuating force.
  • the actuating means is mechanically or fluidically activated.
  • the locking body (if necessary also if the adjusting means is already mechanically or fluidically adjustable) is mechanically or fluidically (in particular under the action of an external actuating force, optionally the same actuating force as for the above-mentioned actuating means or a further actuating force applied) between its locking position and release position.
  • the locking body is optionally spring-loaded in one adjustment direction - i.e. in the direction of the locking position or the release position - and mechanically or fluidically adjustable in the other direction.
  • a (further or second) actuating means is assigned to the locking body, which causes the adjustment to the corresponding position under the action of the actuating force.
  • Mechanical activation is understood to mean, for example, the use of a lever or traction mechanism (in particular as the respective actuating means) that transmits the external actuating force, e.g. manually or by an electric motor, to the actuating means.
  • Fluidic activation is understood to mean, in particular, the use of a hydraulic device, optionally also a pneumatic device (in particular as the respective actuating means) to transmit the external actuating force.
  • the first and second frame parts and the coupling body are arranged to rotate about a common axis.
  • the first and second frame parts and the coupling body form a swivel joint for the orthosis.
  • the first and second frame parts and the coupling body are arranged collinearly to a joint of a patient (user) in the intended use state in the orthosis (as well as in its intended wearing state). This enables, among other things, a compact design.
  • the kinetic energy storage device is arranged and designed in such a way that, during a movement (in particular rotation) of the first frame part relative to the second frame part in a second direction of rotation (in particular opposite to the first direction of rotation) and while the coupling body is in its Coupling position and the locking body are arranged in its locking position, absorbs and temporarily stores kinetic energy.
  • a movement in particular rotation
  • the coupling body is in its Coupling position and the locking body are arranged in its locking position
  • kinetic energy can be temporarily stored, in particular to support a subsequent movement, preferably in the first direction of rotation.
  • the kinetic energy storage device is designed and provided to release at least part of the absorbed and temporarily stored kinetic energy by moving the first frame part relative to the second frame part in the first direction of rotation while the coupling body is in its coupling position and the locking body is in its release position. Therefore, when the locking body is adjusted to the release position (in particular after the two frame parts have moved relative to each other in the second direction of rotation and thus after the corresponding kinetic energy has been absorbed), the kinetic energy storage device releases at least part of the temporarily stored kinetic energy again and thereby causes a movement (in particular a twisting) of the frame parts relative to each other in the opposite direction to that when the kinetic energy was absorbed.
  • This makes it possible to support a movement of the limbs supported by the orthosis. Electric motors that could support or even cause such a movement are advantageously not required here.
  • the locking body is at least indirectly connected to one of the two frame parts, preferably to the second frame part, i.e. is movably mounted.
  • the kinetic energy storage device is designed as a spring.
  • this spring is designed as a torsion spring (or leg spring) or as a spiral spring.
  • the coupling body interacts with the first and/or the second frame part and/or with the locking body in the manner of a ratchet clutch, a freewheel, a clamping clutch (friction clutch), a claw clutch or the like.
  • the coupling body interacts with the respective frame part as a friction clutch or as a claw clutch.
  • the locking body interacts with the coupling body preferably in a form-fitting manner, in particular in the manner of a freewheel or the like.
  • the locking body is designed, for example, as a type of pawl which, in its locking position, engages in a corresponding toothing of the coupling body.
  • the orthosis according to the invention has the locking mechanism described above.
  • the orthosis in embodiments corresponding to the above description also has the features described above and their advantages in equal measure.
  • the orthosis also has the above-mentioned first and second orthosis shells, which are connected to the first and second frame parts, respectively.
  • the orthosis has two locking mechanisms of the type described above, i.e. in addition to the one mentioned above, there is another such locking mechanism. These two locking mechanisms are assigned to a joint to be treated with the orthosis (e.g. the knee, the ankle, but in principle also the elbow or the like of a person). One locking mechanism is assigned to a first (e.g. inner) joint side and the other locking mechanism is assigned to the second (e.g. corresponding, outer) joint side.
  • the locking mechanisms are preferably arranged in alignment with one another on the joint axis, at least if the orthosis is worn as intended.
  • the orthosis has a fluid-activated switching device for the autonomous adjustment of the respective coupling body and the respective locking body.
  • first directions of rotation of the two locking mechanisms are aligned in opposite directions (and the second directions of rotation are aligned accordingly).
  • the respective kinetic energy storage device of one first
  • e.g. inner can absorb kinetic energy
  • the kinetic energy storage device of the other (e.g. outer) locking mechanism releases kinetic energy - and vice versa.
  • the locking body of one locking mechanism and the locking body of the other locking mechanism are spring-loaded in opposite adjustment directions.
  • the orthosis is expediently designed as an ankle orthosis.
  • the switching device has a first pressure switch and a second pressure switch.
  • the first pressure switch is arranged under the heel of the foot fitted with the orthosis and the second pressure switch is arranged under the forefoot (also known as the "ball of the foot") of this foot.
  • the two pressure switches are actuated in accordance with the sequence of a natural rolling movement, which in turn enables the respective coupling bodies and locking bodies to be controlled (adjusted) in a simple manner in a timed manner to match the movement sequence of the ankle joint.
  • the two pressure switches are each formed by a fluid chamber, optionally with at least one pressure-dependent valve (e.g. a check valve or the like), so that a fluid flow from the fluid chamber to the respective actuating means of the coupling body and locking body is possible at sufficiently high pressure (in particular when the foot is placed on the floor and loaded).
  • a return flow of the fluid into the fluid chamber when the load on the fluid chamber is removed is also possible, optionally by means of a return flow valve.
  • the fluid chamber can also have no valve.
  • a corresponding trigger resistance for an adjustment is, for example, due to a predetermined inherent stability of the fluid chamber. and/or a spring described above, which causes the clutch bodies and locking bodies to reset.
  • the switching device (and in particular also the respective locking mechanism) is designed such that in an unactuated basic state, the coupling body of one locking mechanism and the coupling body of the further locking mechanism are arranged in their coupling position and the locking body of one locking mechanism is arranged in the locking position and the locking body of the further locking mechanism is arranged in the release position.
  • the switching device (and in particular also the respective locking mechanism) is designed in such a way that, when only the first pressure switch is actuated, the coupling body and the locking body of one locking mechanism are adjusted (or arranged) into the freewheel position or the release position and the coupling body and the locking body of the other locking mechanism are adjusted (or arranged) into the freewheel position or the release position.
  • the coupling bodies of both locking mechanisms and the locking body of only the first locking mechanism are adjusted, while the locking body of the other locking mechanism remains in its release position.
  • This allows the first and second frame parts and thus the two orthosis shells to move freely against each other (in particular to rotate). In the case of the ankle orthosis, this enables free plantar flexion of the foot in order to next achieve contact with the forefoot.
  • the one (first) locking mechanism is designed such that the first direction of rotation corresponds to a plantar flexion of the ankle joint.
  • the switching device is designed such that when the first and the second pressure switch are actuated together (in particular when the foot is fully is placed on the foot), the coupling body and the locking body of one (first) locking mechanism are arranged in the coupling position or the locking position and the coupling body and the locking body of the other locking mechanism are adjusted to the freewheel position or the release position.
  • the kinetic energy storage device can be "charged” (in the case of the spring, tensioned) when the person moves further over the placed foot when walking. This movement leads to a passive dorsal extension (which is "forced" by the placed foot and the lower leg continuing to move).
  • the locking body prevents the coupled frame parts from returning in the plantar flexion direction.
  • the switching device is further designed such that, when only the second pressure switch is actuated, the coupling body and the locking body of one (first) locking mechanism are arranged in the coupling position or adjusted to the release position and the coupling body and the locking body of the further locking mechanism are arranged in the coupling position or adjusted to the locking position.
  • the heel is lifted off in this state.
  • the kinetic energy storage device Due to the release of the kinetic energy storage device of the first locking mechanism by the locking body adjusted to the release position, the kinetic energy storage device can move the two frame parts (and thus both orthosis shells) in the first direction of rotation, i.e. preferably in the sense of plantar flexion, and thus support an imprint of the foot on the ground.
  • the kinetic energy storage device of the second locking mechanism Due to the coupling state of the second (further) locking mechanism with the simultaneous locking position of its locking body, the kinetic energy storage device of the second locking mechanism can be "charged".
  • the non-actuated state described above occurs again. Since the locking body of the second locking mechanism is in the release position, the second kinetic energy storage device can discharge (in the case of the spring, relax) and the Return the foot at least towards a “neutral position” (ie in the direction of dorsal extension).
  • the first and the second kinetic energy storage device are designed differently, i.e. in particular to accommodate different energy values.
  • these preferably have different spring stiffnesses and/or different preloads.
  • the kinetic energy storage device which is intended for dorsal extension,
  • the second kinetic energy storage device should be weaker (e.g. with a lower spring stiffness) than the (first) kinetic energy storage device intended for plantar flexion. It has been shown that only up to about four percent (sometimes even only up to two or three percent) of the total energy when walking has to be used for dorsal extension and in particular for "holding up" the foot.
  • the second kinetic energy storage device is coordinated with the first kinetic energy storage device in such a way that at least part of the possible range of motion in the direction of dorsal extension can be covered by the discharge (relaxation) of the second kinetic energy storage device.
  • a correspondingly high pre-tension and/or spring stiffness is selected.
  • the second spring is selected or pre-tensioned so strongly that when the second spring is released, its spring energy (stored by the tensioning caused by the movement) is sufficient to compensate for the first
  • the switching device and/or the first locking mechanism can also be designed in such a way that, in the non-actuated state, the coupling body of the first locking mechanism is arranged in its freewheel position.
  • the second kinetic energy storage device would only have to work against the resistance of the orthosis and the ankle joint, but not against the first kinetic energy storage device.
  • the switching device for implementing the switching states described above preferably comprises a fluidic AND-OR switching logic, which is designed in particular by means of a plurality of AND and OR valves. By means of these valves, the two pressure switches are connected to one another and to the coupling bodies and locking bodies, specifically to their respective actuating means (e.g. hydraulic cylinders, elastically deformable fluid reservoirs such as a hydraulic hose that can be elastically deformed under a predetermined pressure value.
  • actuating means e.g. hydraulic cylinders, elastically deformable fluid reservoirs such as a hydraulic hose that can be elastically deformed under a predetermined pressure value.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a principle of a direction-dependent locking mechanism in an uncoupled state
  • Fig. 2 in view according to Fig. 1 the locking mechanism in a first engaged state
  • Fig. 3 in view according to Fig. 1 the locking mechanism in a second engaged state
  • Fig. 4-7 each show a schematic diagram of a switching device for an orthosis with two locking mechanisms in different switching states.
  • Fig. 1 the operating principle of a locking mechanism 1 dependent on the direction of rotation is shown schematically.
  • the locking mechanism 1 is used on an orthosis 2 and has a first frame part 3 and a second frame part 4. Both frame parts 3 and 4 are in the illustrated, intended use state connected to an associated first and second orthosis shell 6 and 8, respectively.
  • the locking mechanism 1 also has a coupling body 10, which is arranged between the first and second frame parts 3 and 4.
  • the locking mechanism 1 also has a locking body 12.
  • the coupling body 10 is adjustable between the first and second frame parts 3 and 4 between a freewheel position 14, in which the first and second frame parts 3 and 4 can be freely rotated relative to one another about an axis of rotation 16 (see Fig. 1), and a coupling position 18 (see Fig. 2).
  • the first and second frame parts 3 and 4 are indirectly coupled to one another in terms of force transmission via the coupling body 10 (see Fig. 2).
  • the coupling body 10 is also mounted so as to be rotatable about the axis of rotation 16.
  • the axis of rotation 16 is preferably formed by an axle pin 20 which is fastened to the first frame part 3.
  • the locking mechanism 1 also has spring bodies, here in the form of tension springs 22, which are coupled to the first frame part 3 and the coupling body 10 and pull the latter into the coupling position 18 (see Fig. 2). Furthermore, the locking mechanism 1 has actuating means, here in the form of a hydraulic ring hose 24. The ring hose 24 presses the coupling body 10 from the coupling position 18 into the freewheel position 14 under an applied actuating force in the form of an increase in hydraulic pressure (see Fig. 1).
  • the locking body 12 is spring-loaded (schematically indicated in Fig. 4) in a locking position 26 in which it rests against a coupling surface 28 of the coupling body 10 and thereby blocks rotation of the coupling body 10 in a first direction of rotation, but allows rotation in an opposite second direction of rotation.
  • the locking body 12 is lifted out of its locking position 26 by an actuating unit - e.g. a hydraulic cylinder 30 - which is only indicated in Figs. 4 to 7 and is preferably also hydraulically activated, and thus enables rotation of the coupling body 10 in the first direction of rotation (see Fig. 3).
  • the locking mechanism 1 also has a kinetic energy storage device, here in the form of a torsion spring 32 (or leg spring). This is assigned to the coupling body 10.
  • the coupling body 10 is in two parts, with its first part 34 and its second part 36 being coupled to one another by means of the torsion spring 32.
  • the locking body 12 is (movably) attached to the second frame part 4 in a manner not shown. If the locking body 12 is released as shown in Fig. 3 (adjusted to a release position 42 associated with it), the first part 36 of the coupling body 10 can rotate relative to the second part 34 about the axis of rotation 16 and thus relative to the second frame part 4 and thus transfer the temporarily stored energy to the first orthosis shell 6. As a result, the first orthosis shell 6 is rotated against the second orthosis shell 8 in the opposite direction to the first direction of rotation (Fig. 3, dashed arrow 44).
  • the second part 36 of the coupling body 10 is rotatably mounted on the first part 34.
  • the locking mechanism 1 thus has a fluid-activated torsion spring return.
  • a spiral spring can also be used, which is arranged coaxially around the axis of rotation 16 and thus around the first part 34 of the coupling body 10.
  • Friction clutches can generally be used for the coupling between the coupling body 10 and the first or second frame part 3 or 4.
  • gearing or comparable positive coupling concepts e.g. a claw coupling
  • coupling concepts dependent on the direction of rotation e.g. a ratchet clutch, a type of freewheel, a type of pawl, but alternatively also clamping rollers, clamping bodies, a wrap spring or the like).
  • the coupling body 10 is mounted relative to the axle journal 20 by means of bearings, here indicated by rolling bearings 46 as an example, and the second part 36 of the coupling body 10 is mounted relative to its first part 34 by means of another bearing (here shown by a rolling bearing 48 as an example) (indicated by circles in each case).
  • the (optionally several) rolling bearings 46 also enable axial displacement, for example by the associated inner or outer ring being mounted on the axle journal 20 or against the coupling body 10 by means of a sliding bush.
  • the locking mechanism 1 described above which is dependent on the direction of rotation, offers the possibility of storing kinetic energy during a cyclical movement sequence.
  • the support of a movement can be carried out compactly and collinearly with the joint axis (with which the axis of rotation is aligned in the intended use state of the orthosis 2, see Fig. 1 ).
  • the locking mechanism 1 according to the invention enables a passive solution for fully functional joint support during a cyclical movement sequence.
  • the control of the support times for such passive support is preferably carried out externally during the movement cycle by detecting pressure signals, in particular in fluid chambers at a contact point between the user and the environment, in the case of an ankle orthosis, for example on the underside of the foot.
  • the passivity of the control can be achieved in particular by a closed (Fluid) circuit and by means of an (especially fluidically implemented) AND/OR switching logic.
  • Fig. 4 to 7 a schematic diagram is shown of how the locking mechanism 1 described above, in particular with reference to Fig. 1 to 3, is used in the orthosis 2 to support movement.
  • the orthosis 2 forms an ankle orthosis in this embodiment.
  • the orthosis 2 has a further (thus “second”) locking mechanism 100.
  • the elements of this second locking mechanism 100 correspond to those of the first locking mechanism 1 and are therefore, as far as shown in Fig. 4 to 7, comparable to Fig. 1 to
  • the second locking mechanism 100 therefore has a first frame part, a second frame part for connection to the first and second orthosis shells 6 and 8 (both not shown for better clarity), a coupling body 110 and a locking body 112.
  • the coupling body 110 and the locking body 112 can be adjusted between corresponding freewheel and coupling positions 114 and 118 or locking and release positions 126 and 142.
  • the first locking mechanism 1 is assigned to an inner side of the joint and the second locking mechanism 100 to an outer side of the joint of the ankle joint, so that the designation "inner” locking mechanism 1 and "outer” locking mechanism 100 is also possible.
  • the adjusting means for the coupling bodies 10 and 110 are shown as spring-loaded adjusting cylinders (hydraulic cylinders 50 and 150) in contrast to Fig. 1 to 3. This is merely an example and should not be understood as restrictive. In this schematic embodiment, these hydraulic cylinders 50 and 150 replace the hydraulic ring hose 24 and the tension springs 22.
  • the locking bodies 12 and 112 are adjusted by means of the associated (also spring-loaded) hydraulic cylinder 30 or 130.
  • the respective kinetic energy storage device is shown in Fig. 4 to 7 as a spiral spring.
  • the second locking mechanism 100 is designed in such a way that the first and second directions of rotation are swapped with respect to the first locking mechanism 1, i.e. is reversed.
  • the kinetic energy storage device of the first locking mechanism 1 to "charge up", i.e., the spiral spring can be tensioned, while the kinetic energy storage device of the second locking mechanism 100 "discharges", i.e., the spiral spring relaxes.
  • the orthosis 2 also has a switching device 60, which is designed and provided for the targeted adjustment (control) of the coupling bodies 10 and 110 and the locking bodies 12 and 112.
  • the switching device 60 has a first pressure switch in the form of a first fluid chamber 62 and a second pressure switch in the form of a second fluid chamber 64.
  • the switching device 60 is a hydraulic device.
  • the first fluid chamber 62 is positioned on the first orthosis shell 6 such that the first fluid chamber 62 is arranged under the heel of the user's foot fitted with the orthosis 2 in the intended state of use.
  • the second fluid chamber 64 is positioned on the first orthosis shell 6 such that it is arranged under the forefoot (ball of the foot) of the user in the intended state of use.
  • the two fluid chambers 62 and 64 are loaded equally to the foot in chronological order.
  • the two fluid chambers 62 and 64 are also designed in such a way that they are compressed when the foot is loaded while walking and return to their original position when the load is removed.
  • the fluid chambers 62 and 64 are formed by a type of plastic bubble or membrane.
  • the switching device 60 also has fluid lines 66 and "logic valves” in the form of AND valves 68 and OR valves 70.
  • the AND valves 68 are designed in such a way that an output is only “switched” (passes on a pressure signal in the form of an increase in the pressure of the fluid) when a pressure signal is present at both inputs.
  • the OR valves 70 accordingly only pass on the pressure signal when a pressure signal is present at only one input.
  • Such valve technology is known to the person skilled in the art.
  • the fluid chambers 62 and 64 are now connected to the actuating means (hydraulic cylinders 30, 130 and 50, 150) by means of the fluid lines 66 and the AND and OR valves 68 and 70, respectively. interconnected to produce an adjustment pattern described in more detail below.
  • Fig. 4 shows an unloaded (unactuated) state of both fluid chambers 62 and 64.
  • This state exists when the corresponding foot of the user is currently lifted off the ground.
  • both coupling bodies 10 and 110 are arranged in the respective coupling positions 14 and 114.
  • the locking body 12 of the first locking mechanism 1 is arranged in its locking position 26 and the locking body 112 in its release position 142.
  • Both coupling bodies 10 and 110 are spring-loaded in the direction of their coupling positions 14 and 114.
  • the first locking body 12 is also spring-loaded in the direction of the locking position 26, while the second locking body 112 is spring-loaded in the direction of the release position 142.
  • Fig. 5 shows a switching state when the user puts the heel of the foot fitted with the orthosis 2 down.
  • the first fluid chamber 62 is thus loaded (indicated by hatching), so that fluid is pressed into the fluid line 66 and the hydraulic pressure (fluid pressure) is thus increased - the first fluid chamber 62 thus sends a pressure signal to the fluid line 66 (indicated by a dashed line).
  • fluid is fed to the hydraulic cylinders 50 and 150 of both coupling bodies 10 and 110 and to the hydraulic cylinder 30 of the locking body 12.
  • the two coupling bodies 10 and 110 are thus adjusted to their freewheel positions 14 and 114, respectively, and the locking body 12 to its release position 42. This allows the first orthosis shell 6 to move freely relative to the second orthosis shell 8 and the user's forefoot to move towards the ground, i.e. to perform a plantar flexion.
  • Fig. 6 shows a subsequent switching state when both the heel and the forefoot are resting on the ground and are also loaded.
  • both fluid chambers 62 and 64 are loaded (the pressure switches are therefore "triggered” - shown hatched).
  • the resulting fluid distribution in the fluid line 66 via the AND and OR valves 65 and 70 is shown in dashed lines.
  • fluid is only supplied to the hydraulic cylinder 150 of the coupling body 110 of the second locking mechanism 100, so that the second coupling body 110 is adjusted to its freewheel position 118 (remains concrete, since this state usually follows directly after the state shown in Fig. 5 when walking).
  • This allows the kinetic energy storage of the first locking mechanism 1 to be "charged", i.e. the spiral spring to be tensioned (see Fig.
  • Fig. 7 shows a further switching state when only the forefoot is resting on the ground (so-called “heel off” phase), thus the push-off phase of the rolling movement of the foot.
  • the second fluid chamber 64 is loaded, with fluid being supplied to the hydraulic cylinders 30 and 130 of the first and second locking bodies 12 and 112, respectively.
  • the first locking body 12 is thus adjusted to its release position 42.
  • This allows the spiral spring (kinetic energy storage device) of the first locking mechanism 1 to discharge. Since the coupling bodies 10 and 110 are arranged in their coupling positions 14 and 114, the stored kinetic energy is transferred to the two orthosis shells 6 and 8 so that an "active" or spring-force-supported plantar flexion of the foot takes place.
  • the orthosis 2 therefore supports the imprint phase of the foot.
  • the locking body 114 of the second locking mechanism 100 is arranged in the locking position 126 so that the spiral spring (kinetic energy storage device) of the second locking mechanism 100 is tensioned due to the "coupled" coupling body 110 - because the tensioning direction of this kinetic energy storage device is opposite to that of the other kinetic energy storage device.
  • This tensioning of the second kinetic energy storage device in turn allows, when the foot (forefoot) is lifted off the ground (so-called “toe off” phase) and the switching state of Fig. 4 is thus restored, the stored kinetic energy to be transferred to the first orthosis shell 6 and thus a dorsal extension of the foot occurs.
  • the second spiral spring relaxes to such an extent that an - at least approximately - relaxed and/or raised foot position is established in relation to the lower leg. This is made possible, for example, by an orthopedic technician adjusting the preload of the first and second spiral springs. A sequence of the states described above can then take place again.
  • the coupling body 10 of the first locking mechanism 1 can also be arranged in the freewheel position 18 in the non-actuated state.
  • the hydraulic cylinder 50 can be designed analogously to the hydraulic cylinder 30.
  • the second spiral spring does not need to tension the first spiral spring after the foot has been lifted off the ground, but only supports or causes the dorsal extension of the foot.
  • the logic valves are designed in such a way that the fluid can flow back towards the two fluid chambers 62 and 64.
  • the fluid chambers 62 and 64 which return to their rest position (see Fig. 4), can suck the fluid back from the hydraulic cylinders 50, 150, 30 and 130 - or additionally or alternatively, the spring-loaded hydraulic cylinders 50, 150, 30 and 130 can push the fluid back.

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Abstract

Drehrichtungsabhängiges Gesperre (1) für eine Orthese (2), aufweisend - einen ersten Gestellteil (3) zur Verbindung mit einer ersten Orthesenschale (6), - einen zweiten Gestellteil (4) zur Verbindung mit einer zweiten Orthesenschale (8), - einen Kupplungskörper (10), der zwischen dem ersten und dem zweiten Gestellteil (3, 4) angeordnet ist, und - einen Sperrkörper (12), wobei der Kupplungskörper (10) zwischen dem ersten und dem zweiten Gestellteil (3, 4) zwischen einer Freilaufstellung (14), in der das erste und das zweite Gestellteil (3, 4) frei gegeneinander verstellbar, insbesondere verdrehbar, sind, und einer Kupplungsstellung (18) verstellbar ist, in der das erste und das zweite Gestellteil (3, 4) kraftübertragungstechnisch mittelbar über den Kupplungskörper (10) miteinander gekoppelt sind, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Bewegungsenergiespeichers (32), und wobei der Sperrkörper (12) zwischen einer Sperrstellung (26), in der der Sperrkörper (12) eine Verdrehung des Kupplungskörpers (10) in eine erste Drehrichtung unterbindet, und einer Freigabestellung (42), in der der Sperrkörper (12) eine Verdrehung des Kupplungskörpers (10) in der ersten Drehrichtung freigibt, verstellbar ist.

Description

Beschreibung Drehrichtungsabhängiges Gesperre für eine Orthese und Orthese mit einem solchen Gesperre
Die Erfindung betrifft ein drehrichtungsabhängiges Gesperre für eine Orthese. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Orthese mit einem solchen Gesperre.
Orthesen dienen üblicherweise zur Unterstützung von Gelenkbewegungen des Körpers eines Patienten und/oder zur Eingrenzung von Bewegungsumfängen, um Verletzungen vorzubeugen oder bei vorliegenden Verletzungen eine Überlastung zu vermeiden und damit eine Heilung zu unterstützen. Eine Unterstützung von Gelenkbewegungen ist häufig bei erworbenen Bewegungsstörungen, bspw. durch Schädigungen des Nervensystems, bspw. bei Schlaganfällen zweckmäßig oder erforderlich. In diesem Fall können Orthesen auch Mittel aufweisen, die eine Bewegung durch Kraftaufbringung unterstützen. Solche Mittel können bspw. Elektromotoren umfassen. Dies führt jedoch häufig dazu, dass die entsprechende Orthese schwer (aufgrund des Elektromotors sowie eines zugeordneten Energiespeichers) und/oder vergleichsweise voluminös ausfällt, was wiederum Bewegungsabläufe hemmen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Unterstützung durch Orthesen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 12. Weitere vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Ein erfindungsgemäßes drehrichtungsabhängiges Gesperre für eine Orthese, weist einen ersten Gestellteil zur Verbindung mit einer ersten Orthesenschale und einen zweiten Gestellteil zur Verbindung mit einer zweiten Orthesenschale auf. Beispielsweise können diese beiden Orthesenschalen jeweils einem auf einer anderen Seite eines durch die Orthese im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand zu unterstützenden Gelenks zugewiesen sein, bspw. einem Unterschenkel und dem zugehörigen Fuß oder Unterschenkel und Oberschenkel. Außerdem weist das Gesperre einen Kupplungskörper, der zwischen dem ersten und dem zweiten Gestellteil angeordnet ist, und einen Sperrkörper auf. Der Kupplungskörper ist, vorzugsweise dem ersten und dem zweiten Gestellteil zwischengeschaltet, dabei zwischen einer Freilaufstellung, in der der erste und der zweite Gestellteil frei gegeneinander bewegbar, insbesondere verdrehbar, sind, und einer Kupplungsstellung verstellbar, in der der erste und der zweite Gestellteil kraftübertragungstechnisch mittelbar über den Kupplungskörper, sowie bevorzugt unter Zwischenschaltung eines Bewegungsenergiespeichers, miteinander gekoppelt sind. Der Sperrkörper ist außerdem zwischen einer Sperrstellung, in der der Sperrkörper eine Verdrehung des Kupplungskörpers in eine erste Drehrichtung unterbindet, und einer Freigabestellung, in der der Sperrkörper eine Verdrehung des Kupplungskörpers in der ersten Drehrichtung freigibt, verstellbar.
Die Drehrichtungsabhängigkeit ist somit insbesondere darin gegeben, dass der Sperrkörper zumindest in der Sperrstellung die Verdrehung in die erste Drehrichtung unterbindet.
Die Drehrichtungsabhängigkeit zusammen mit der Möglichkeit, diese durch Verstellung des Sperrkörpers in die Freigabestellung aufzuheben, ermöglicht dabei vorteilhafterweise ein besonders hohes Maß an Bewegungsunterstützung durch die mit dem Gesperre ausgestattete Orthese. Sofern der Kupplungskörper in dessen Kupplungsstellung und der Sperrkörper in dessen Sperrstellung angeordnet sind, ist eine Bewegung des entsprechend mit der Orthese versorgten Gelenks nur in eine Richtung möglich. Dies ist insbesondere bei einer Schädigung des Nervensystems von Vorteil, um eine gezielte Gelenkbewegung zu unterstützen, indem insbesondere auch unerwünschte, entgegengesetzte Bewegungen verhindert werden.
Bevorzugt ist der Kupplungskörper in Richtung auf die Kupplungsstellung federbelastet. Anders ausgedrückt, wird der Kupplungskörper mittels eines Federkörpers in die Kupplungsstellung gezwungen. Dieser Federkörper ist mithin zweckmäßigerweise ebenfalls Teil des Gesperres.
Weiter bevorzugt weist das Gesperre ein Stellmittel auf, das dazu eingerichtet ist, unter Wirkung einer extern zu dem Gesperre aufgebrachten Stellkraft den Kupplungskörper in Richtung in die Freilaufstellung zu verstellen. Somit wirkt das Stellmittel also zumindest unter Wirkung der Stellkraft dem vorgenannten Federkörper entgegen. Das Stellmittel überträgt also die Stellkraft auf den Kupplungskörper und bewirkt so dessen Verstellung in die Freilaufstellung (und insbesondere auch aus dieser heraus). Dadurch wird ein steuerbarer Einsatz des Kupplungskörpers ermöglicht. Insbesondere in Verbindung mit der vorstehend genannten Federbelastung des Kupplungskörpers in die Kupplungsstellung wird ein bevorzugter Zustand insbesondere ohne extern aufgebrachter Stellkraft ermöglicht. Der Kupplungskörper befindet sich somit, im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand, stets in einem definierten Zustand - d. h. in der Kupplungsstellung oder unter Einsatz der externen Stellkraft in der Freilaufstellung.
Optional kann im Rahmen der Erfindung der Kupplungskörper alternativ auch in die Freilaufstellung federbelastet sein. In diesem Fall ist das Stellmittel dazu eingerichtet - unter Wirkung der Stellkraft - den Kupplungskörper in die Kupplungsstellung zu verstellen.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist das Stellmittel mechanisch oder fluidisch aktiviert.
Vorzugsweise ist der Sperrkörper (gegebenenfalls auch, wenn bereits das Stellmittel mechanisch oder fluidisch verstellbar ist) mechanisch oder fluidisch (insbesondere unter Wirkung einer externen Stellkraft, optional die gleiche Stellkraft wie für das vorstehend genannte Stellmittel oder eine weitere aufgebrachte Stellkraft) zwischen dessen Sperrstellung und Freigabestellung verstellbar. Optional ist der Sperrkörper dabei in eine Verstellrichtung - also in Richtung in die Sperrstellung oder die Freigabestellung - federbelastet und in die andere Richtung mechanisch oder fluidisch verstellbar. Insbesondere ist dem Sperrkörper ein (weiteres oder zweites) Stellmittel zugeordnet, das unter Wirkung der Stellkraft die Verstellung in die entsprechende Stellung bewirkt.
Unter einer mechanischen Aktivierung (oder Verstellung) ist beispielsweise der Einsatz eines Hebel- oder Zugmittelgetriebes (insbesondere als das jeweilige Stellmittel) zu verstehen, dass die externe, bspw. manuell oder elektromotorisch aufgebrachte, Stellkraft auf das Stellmittel überträgt. Unter fluidischer Aktivierung (oder Verstellung) ist insbesondere der Einsatz einer Hydraulikvorrichtung, optional auch einer Pneumatikvorrichtung (insbesondere als das jeweilige Stellmittel) zur Übertragung der externen Stellkraft, zu verstehen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind der erste und der zweite Gestellteil sowie der Kupplungskörper um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet. Vorzugsweise bilden der erste und der zweite Gestellteil sowie der Kupplungskörper ein Drehgelenk für die Orthese. Besonders bevorzugt sind dabei der erste und der zweite Gestellteil sowie der Kupplungskörper im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand in der Orthese (sowie in deren bestimmungsgemäßen Tragezustand) kollinear zu einem Gelenk eines Patienten (Nutzer) angeordnet. Dadurch wird unter anderem eine kompakte Bauweise ermöglicht.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, bei welcher der vorstehend genannte Bewegungsenergiespeicher als Teil des Gesperres vorhanden ist, ist der Bewegungsenergiespeicher derart angeordnet und ausgebildet, dass dieser, bei einer Bewegung (insbesondere Verdrehung) des ersten Gestellteils gegenüber des zweiten Gestellteils in einer zweiten (insbesondere der ersten Drehrichtung entgegengesetzten) Drehrichtung und während der Kupplungskörper in dessen Kupplungsstellung und der Sperrkörper in dessen Sperrstellung angeordnet sind, Bewegungsenergie aufnimmt und zwischenspeichert. Dadurch kann bspw. bei einer Verdrehung des Gelenks Bewegungsenergie, insbesondere zur Unterstützung einer nachfolgenden Bewegung vorzugsweise in die erste Drehrichtung, zwischengespeichert werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Bewegungsenergiespeicher dazu eingerichtet und vorgesehen, während der Kupplungskörper in dessen Kupplungsstellung und der Sperrkörper in dessen Freigabestellung angeordnet sind, zumindest einen Teil der aufgenommenen und zwischengespeicherten Bewegungsenergie unter Bewegung des ersten Gestellteils gegenüber des zweiten Gestellteils in der ersten Drehrichtung abzugeben. Mithin gibt also, wenn der Sperrkörper (insbesondere nach Bewegung der beiden Gestellteile gegeneinander in der zweiten Drehrichtung und damit nach der Aufnahme der entsprechenden Bewegungsenergie) in die Freigabestellung verstellt wird, der Bewegungsenergiespeicher zumindest einen Teil der zwischengespeicherten Bewegungsenergie wieder ab und bewirkt dadurch eine Bewegung (insbesondere Verdrehung) der Gestellteile gegeneinander in entgegengesetzter Richtung als bei der Aufnahme der Bewegungsenergie. Dadurch lässt sich eine Unterstützung einer Bewegung der durch die Orthese unterstützten Gliedmaßen erreichen. Elektromotoren, die eine solche Bewegung unterstützen oder sogar hervorrufen könnten, sind hierbei aber vorteilhafterweise nicht erforderlich.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist der Sperrkörper zumindest mittelbar an einem der beiden Gestellteile, vorzugsweise an dem zweiten Gestellteil angebunden, d. h. beweglich gelagert.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Bewegungsenergiespeicher als Feder ausgebildet. Insbesondere ist diese Feder als Drehfeder (oder Schenkelfeder) oder als Spiralfeder ausgestaltet. Dies stellt eine vergleichsweise einfache aber dennoch effektive Möglichkeit dar, Bewegungsenergie aus einer Bewegung (insbesondere Verdrehung) der beiden Gestellteile gegeneinander aufzunehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung wirkt der Kupplungskörper mit dem ersten und/oder dem zweiten Gestellteil und/oder mit dem Sperrkörper nach Art einer Ratschenkupplung, eines Freilaufs, einer Klemmkupplung (Reibungskupplung), einer Klauenkupplung oder dergleichen zusammen. Insbesondere wirkt der Kupplungskörper mit dem oder dem jeweiligen Gestellteil als Reibungskupplung oder als Klauenkupplung zusammen. Der Sperrkörper wirkt mit dem Kupplungskörper bevorzugt formschlüssig, insbesondere nach Art eines Freilaufs oder dergleichen zusammen. Der Sperrkörper ist dabei beispielsweise als eine Art Sperrklinke ausgebildet, die in deren Sperrstellung in eine korrespondierende Verzahnung des Kupplungskörpers eingreift.
Die erfindungsgemäße Orthese weist das vorstehend beschriebene Gesperre auf. Insbesondere weist die Orthese in zur vorstehenden Beschreibung korrespondierenden Ausführungen auch die vorstehend beschriebenen Merkmale sowie deren Vorteile gleichermaßen auf. Vorzugsweise weist die Orthese auch die vorstehend genannten ersten und zweiten Orthesenschalen auf, die mit den ersten bzw. zweiten Gestellteilen verbunden sind.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführung weist die Orthese zwei Gesperre der vorstehend beschriebenen Art auf, d. h. zusätzlich zu dem einen vorstehend genannten ein weiteres solches Gesperre. Diese beiden Gesperre sind dabei einem mit der Orthese zu versorgenden Gelenk (bspw. also dem Knie, dem Sprunggelenk, prinzipiell aber auch dem Ellenbogen oder dergleichen einer Person) zugeordnet. Das eine Gesperre ist dabei einer ersten (bspw. inneren) Gelenkseite und das weitere Gesperre der zweiten (bspw. korrespondierenden, äußeren) Gelenkseite zugeordnet. Vorzugsweise sind die Gesperre dabei fluchtend zueinander auf der Gelenkachse angeordnet, zumindest sofern die Orthese bestimmungsgemäß getragen wird. Außerdem weist die Orthese eine fluidaktivierte Schaltvorrichtung zur autonomen Verstellung des jeweiligen Kupplungskörpers und des jeweiligen Sperrkörpers auf. Besonders zweckmäßig sind die ersten Drehrichtungen der beiden Gesperre gegenläufig ausgerichtet (entsprechend auch die zweiten Drehrichtungen). Dadurch kann der jeweilige Bewegungsenergiespeicher des einen („ersten“, bspw. inneren) Gesperres Bewegungsenergie aufnehmen, während der Bewegungsenergiespeicher des weiteren (bspw. äußeren) Gesperres Bewegungsenergie abgibt - und umgekehrt. Vorzugsweise sind - insbesondere in diesem Fall - der Sperrkörper des einen Gesperres und der Sperrkörper des weiteren Gesperres in entgegengesetzte Verstellrichtungen federbelastet.
Dadurch ist auch bei einer fehlenden Stellkraft stets einer der beiden Sperrkörper in der Sperrstellung und der andere in der Freigabestellung angeordnet.
Zweckmäßigerweise ist die Orthese als Fußgelenksorthese ausgebildet. In diesem Fall weist die Schaltvorrichtung einen ersten Druckschalter und einen zweiten Druckschalter auf. Der erste Druckschalter ist dabei im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand der Orthese unter der Ferse des mit der Orthese versorgten Fußes und der zweite Druckschalter unter dem Vorfuß (auch als „Fußballen“ bezeichnet) dieses Fußes angeordnet. Dadurch werden die beiden Druckschalter gemäß der Reihenfolge einer natürlichen Abrollbewegung betätigt, wodurch wiederum eine zeitlich auf den Bewegungsablauf des Sprunggelenks abgestimmte Ansteuerung (Verstellung) der jeweiligen Kupplungskörper und Sperrkörper auf einfache Weise ermöglicht wird.
Bevorzugt sind die beiden Druckschalter jeweils durch eine Fluidkammer, optional mit zumindest einem druckabhängigen Ventil (bspw. einem Rückschlagventil oder dergleichen), gebildet, so dass ein Fluidstrom aus der Fluidkammer zu dem jeweiligen Stellmittel der Kupplungskörper und Sperrkörper bei hinreichend hohem Druck (insbesondere, wenn der Fuß auf den Boden aufgesetzt und belastet wird) ermöglicht ist. Ein Rückstrom des Fluids in die Fluidkammer bei Wegfall der Belastung der Fluidkammer ist dabei ebenfalls ermöglicht, optional mittels eines Rückströmventils. Grundsätzlich kann die Fluidkammer aber auch kein Ventil aufweisen. Ein entsprechender Auslösewiderstand für eine Verstellung ist in diesem Fall bspw. aufgrund einer vorgegebenen Eigenstabilität der Fluidkammer und/oder einem bspw. durch die vorstehend beschriebenen Federn, die eine Rückstellung der Kupplungskörper und Sperrkörper bewirken, bedingt.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist die Schaltvorrichtung (sowie insbesondere auch das jeweilige Gesperre) derart ausgestaltet, dass in einem unbetätigten Grundzustand der Kupplungskörper des einen Gesperres und der Kupplungskörper des weiteren Gesperres in deren Kupplungsstellung sowie der Sperrkörper des einen Gesperres in der Sperrstellung und der Sperrkörper des weiteren Gesperres in der Freigabestellung angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Schaltvorrichtung (sowie insbesondere auch das jeweilige Gesperre) derart ausgestaltet, dass, wenn nur der erste Druckschalter betätigt ist, der Kupplungskörper und der Sperrkörper des einen Gesperres in die Freilaufstellung bzw. die Freigabestellung und der Kupplungskörper und der Sperrkörper des weiteren Gesperres in die Freilaufstellung bzw. die Freigabestellung verstellt (bzw. angeordnet) sind. Insbesondere werden also bei Betätigung nur des ersten Druckschalters (vorzugsweise also, wenn die die Orthese nutzende Person beim Gehen mit der Ferse zuerst auftritt) die Kupplungskörper beider Gesperre und der Sperrköper nur des ersten Gesperres verstellt, während der Sperrkörper des weiteren Gesperres in dessen Freigabestellung verbleibt. Dadurch können sich die ersten und zweiten Gestellteile und somit die beiden Orthesenschalen frei gegeneinander bewegen (insbesondere verdrehen). Im Fall der Fußgelenksorthese wird so eine freie Plantarflexion des Fußes ermöglicht, um als nächstes einen Kontakt mit dem Vorfuß zu erreichen.
Bevorzugt ist im vorstehend beschriebenen Fall das eine (erste) Gesperre derart gestaltet, dass die erste Drehrichtung einer Plantarflexion des Sprunggelenks entspricht.
Gemäß einer wiederum weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Schaltvorrichtung derart ausgestaltet, dass, wenn der erste und der zweite Druckschalter gemeinsam betätigt sind (insbesondere also, wenn der Fuß voll aufgesetzt ist), der Kupplungskörper und der Sperrkörper des einen (ersten) Gesperres in der Kupplungsstellung bzw. der Sperrstellung angeordnet sind und der Kupplungskörper sowie der Sperrkörper des weiteren Gesperres in die Freilaufstellung bzw. die Freigabestellung verstellt sind. Dadurch wird eine Kraftübertragung zwischen den beiden Gestellteilen ermöglicht. Im Fall der Fußgelenksorthese kann so der Bewegungsenergiespeicher „aufgeladen“ (im Fall der Feder also gespannt) werden, wenn sich die Person beim Gehen nun weiter über den aufgesetzten Fuß bewegt. Diese Bewegung führt nämlich zu einer passiven (durch den aufgesetzten Fuß und den sich weiterbewegenden Unterschenkel „erzwungene“) Dorsalextension. Der Sperrkörper verhindert dabei eine Rückstellung der miteinander gekuppelten Gestellteile in Plantarflexionsrichtung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die Schaltvorrichtung ferner derart ausgestaltet, dass, wenn nur der zweite Druckschalter betätigt ist, der Kupplungskörper und der Sperrkörper des einen (ersten) Gesperres in der Kupplungsstellung angeordnet bzw. in die Freigabestellung verstellt sind und der Kupplungskörper sowie der Sperrkörper des weiteren Gesperres in der Kupplungsstellung angeordnet bzw. in die Sperrstellung verstellt sind. Im Fall der Fußgelenksorthese ist in diesem Zustand die Ferse abgehoben. Aufgrund der Freigabe des Bewegungsenergiespeichers des ersten Gesperres durch den in die Freigabestellung verstellten Sperrkörper kann der Bewegungsenergiespeicher die beiden Gestellteile (und damit beide Orthesenschalen) in der ersten Drehrichtung, also vorzugsweise im Sinne einer Plantarflexion, bewegen und so einen Abdruck des Fußes vom Boden unterstützen. Aufgrund des Kupplungszustands des zweiten (weiteren) Gesperres bei gleichzeitiger Sperrstellung dessen Sperrkörpers kann hierbei der Bewegungsenergiespeicher des zweiten Gesperres „aufgeladen“ werden.
Wird der Fuß anschließend vom Boden abgehoben tritt wiederum der vorstehend beschriebene unbetätigte Zustand ein. Da der Sperrkörper des zweiten Gesperres hierbei in der Freigabestellung angeordnet ist, kann sich der zweite Bewegungsenergiespeicher entladen (im Fall der Feder also entspannen) und den Fuß zumindest in Richtung in eine „Neutralstellung“ (d. h. in Richtung einer Dorsalextension) zurückstellen.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Bewegungsenergiespeicher unterschiedlich ausgebildet, d. h. insbesondere zur Aufnahme unterschiedlicher Energiewerte. Im Fall von Federn weisen diese bevorzugt unterschiedliche Federsteifigkeiten und/oder unterschiedliche Vorspannungen auf. Insbesondere kann der Bewegungsenergiespeicher, der für die Dorsalextension vorgesehen ist
- im vorstehenden Zusammenhang also der zweite Bewegungsenergiespeicher schwächer (bspw. also mit einer geringeren Federsteifigkeit) ausgebildet sein, als der für die Plantarflexion vorgesehene (erste) Bewegungsenergiespeicher. Es hat sich nämlich gezeigt, dass nur bis etwa vier Prozent (teilweise sogar nur bis zwei oder drei Prozent) der Gesamtenergie beim Gehen für die Dorsalextension und insbesondere auch das „Obenhalten“ des Fußes aufgewendet werden müssen. Um nun zumindest eine gewisse Rückstellung in Richtung der Dorsalextension zu ermöglichen, ist der zweite Bewegungsenergiespeicher aber derart auf den ersten Bewegungsenergiespeicher abgestimmt, dass zumindest ein Teil des möglichen Bewegungsumfangs in Richtung der Dorsalextension durch die Entladung (Entspannung) des zweiten Bewegungsenergiespeichers abgedeckt werden kann. Dazu ist - im Fall einer Feder - eine entsprechend hohe Vorspannung und/oder Federsteifigkeit gewählt. Plakativ beschrieben, ist die zweite Feder also so stark gewählt oder vorgespannt, dass bei Freigabe der zweiten Feder deren (durch das bewegungsbedingte Spannen) gespeicherte Federenergie ausreicht, um die erste
- zu diesem Zeitpunkt vorzugsweise (zumindest nahezu) entspannte - Feder zumindest zu einem Teil wieder zu spannen und dabei die Dorsalextension des Fußes zumindest teilweise zu bewirken.
Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltvorrichtung und/oder das erste Gesperre auch derart ausgestaltet sein, dass im unbetätigten Zustand der Kupplungskörper des ersten Gesperres in dessen Freilaufstellung angeordnet ist. Hierdurch würde der zweite Bewegungsenergiespeicher lediglich gegen den Widerstand der Orthese und das Fußgelenk arbeiten müssen, nicht aber gegen den ersten Bewegungsenergiespeicher. Vorzugsweise umfasst die Schaltvorrichtung für die Umsetzung der vorstehend beschriebenen Schaltzustände eine fluidische UND-ODER-Schaltlogik, die insbesondere mittels einer Mehrzahl von UND- sowie ODER-Ventilen ausgebildet ist. Mittels dieser Ventile sind die beiden Druckschalter untereinander sowie mit den Kupplungskörpern und Sperrkörpern, konkret mit deren jeweiligen Stellmitteln (bspw. Hydraulik-Zylinder, elastisch deformierbare Fluid-Reservoirs wie z. B. ein Hydraulik-Schlauch, der unter einem vorgegeben Druckwert elastisch deformiert werden kann.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung ein Prinzip eines drehrichtungsabhängigen Gesperres in einem entkuppelten Zustand,
Fig. 2 in Ansicht gemäß Fig.1 das Gesperre in einem ersten eingekuppelten Zustand,
Fig. 3 in Ansicht gemäß Fig. 1 das Gesperre in einem zweiten eingekuppelten Zustand, und
Fig. 4-7 jeweils in einer Prinzipskizze eine Schaltvorrichtung für eine Orthese mit zwei Gesperren in unterschiedlichen Schaltzuständen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist das Wirkprinzip eines drehrichtungsabhängigen Gesperres 1 schematisch dargestellt. Das Gesperre 1 dient zum Einsatz an einer Orthese 2 und weist dazu einen ersten Gestellteil 3 und einen zweiten Gestellteil 4 auf. Beide Gestellteile 3 und 4 sind im dargestellten, bestimmungsgemäßen Einsatzzustand mit jeweils einer zugeordneten ersten bzw. zweiten Orthesenschale 6 bzw. 8 verbunden. Das Gesperre 1 weist außerdem einen Kupplungskörper 10 auf, der zwischen dem ersten und dem zweiten Gestellteil 3 und 4 angeordnet ist. Ferner weist das Gesperre 1 einen Sperrkörper 12 auf.
Der Kupplungskörper 10 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Gestellteil 3 und 4 zwischen einer Freilaufstellung 14, in der der erste und der zweite Gestellteil 3 und 4 frei gegeneinander um eine Drehachse 16 verdrehbar sind (s. Fig. 1 ) und einer Kupplungsstellung 18 (s. Fig. 2) verstellbar. In der Kupplungsstellung 18 sind der erste und der zweite Gestellteil 3 und 4 kraftübertragungstechnisch mittelbar über den Kupplungskörper 10 miteinander gekoppelt (s. Fig. 2). Der Kupplungskörper 10 ist ebenfalls um die Drehachse 16 drehbar gelagert. Die Drehachse 16 ist dabei vorzugsweise durch einen Achszapfen 20, der am ersten Gestellteil 3 befestigt ist, gebildet.
Das Gesperre 1 weist außerdem Federkörper, hier in Form von Zugfedern 22 auf, die mit dem ersten Gestellteil 3 und dem Kupplungskörper 10 gekoppelt sind und letzteren in die Kupplungsstellung 18 ziehen (s. Fig. 2). Des Weiteren weist das Gesperre 1 Stellmittel, hier in Form eines Hydraulik-Ringschlauchs 24 auf. Der Ringschlauch 24 drückt unter einer aufgebrachten Stellkraft in Form einer Hydraulikdruckerhöhung den Kupplungskörper 10 aus der Kupplungsstellung 18 in die Freilaufstellung 14 (s. Fig. 1 ).
Der Sperrkörper 12 ist federbelastet (schematisch angedeutet in Fig. 4) in einer Sperrstellung 26 angeordnet, in der dieser an einer Kupplungsfläche 28 des Kupplungskörpers 10 anliegt und dadurch eine Drehung des Kupplungskörpers 10 in einer ersten Drehrichtung sperrt, in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung aber zulässt. Über eine lediglich in Fig. 4 bis 7 angedeutete, vorzugsweise ebenfalls hydraulisch aktivierte, Stelleinheit - bspw. ein Hydraulikzylinder 30 - wird der Sperrkörper 12 aus seiner Sperrstellung 26 gehoben und gibt damit eine Verdrehung des Kupplungskörpers 10 in der ersten Drehrichtung frei (s. Fig. 3). Das Gesperre 1 weist außerdem einen Bewegungsenergiespeicher, hier in Form einer Drehfeder 32 (oder: Schenkelfeder) auf. Diese ist dem Kupplungskörper 10 zugeordnet. Der Kupplungskörper 10 ist dabei zweigeteilt ausgebildet, wobei dessen erster Teil 34 und dessen zweiter Teil 36 mittels der Drehfeder 32 miteinander gekoppelt sind. Dadurch kann bei einer Bewegung der ersten Orthesenschale 6 gegenüber der zweiten Orthesenschale 8 bei in der Kupplungsstellung 18 angeordnetem Kupplungskörper 102 und in der Sperrstellung 26 angeordnetem Sperrkörper 12 aufgewendete Arbeit in potentieller Energie zwischengespeichert in der Drehfeder 32 werden (s. Fig. 2, gestrichelter Pfeil 40).
Der Sperrkörper 12 ist in nicht dargestellter Weise an dem zweiten Gestellteil 4 (beweglich) befestigt. Wird der Sperrköper 12 wie in Fig. 3 dargestellt gelöst (in eine diesem zugeordnete Freigabestellung 42 verstellt), kann sich der erste Teil 36 des Kupplungskörpers 10 gegenüber dem zweiten Teil 34 um die Drehachse 16 und damit gegenüber dem zweiten Gestellteil 4 verdrehen und damit die zwischengespeicherte Energie auf die erste Orthesenschale 6 übertragen. Dadurch wird die erste Orthesenschale 6 entgegen der ersten Drehrichtung gegen die zweite Orthesenschale 8 verdreht Fig. 3, gestrichelter Pfeil 44).
Insbesondere ist der zweite Teil 36 des Kupplungskörpers 10 auf dem ersten Teil 34 drehbar gelagert.
Das Gesperre 1 verfügt somit über eine fluidaktivierte Drehfeder-Rückstellung.
Anstelle der Drehfeder 32 kann auch eine Spiralfeder zum Einsatz kommen, die koaxial um die Drehachse 16 und damit um den ersten Teil 34 des Kupplungskörpers 10 angeordnet ist.
Anstelle des Ringschlauchs 24 kann auch ein oder mehrere entsprechend dimensionierte Hydraulikzylinder oder alternativ auch ein Zugmittelgetriebe wie z. B. eine Art Bowdenzug zum Einsatz kommen. Entsprechendes gilt auch für die Verstellung des Sperrkörpers 12. Für die Kupplung zwischen dem Kupplungskörper 10 und dem ersten bzw. zweiten Gestellteil 3 bzw. 4 können grundsätzlich Reibkupplungen zum Einsatz kommen. Vorzugsweise kommen aber Verzahnung oder vergleichbare formschlüssige Kupplungskonzepte (bspw. eine Klauenkupplung) oder dergleichen zum Einsatz, optional in drehrichtungsabhängiger Ausführung. Für die Kupplung zwischen Kupplungskörper 10 und Sperrkörper 12 kommen bevorzugt drehrichtungsabhängige Kupplungskonzepte, bspw. eine Ratschenkupplung, eine Art Freilauf, eine Art Sperrklinke, alternativ aber auch Klemmrollen, Klemmkörper, eine Schlingfeder oder dergleichen) zum Einsatz.
Im Sinne einer Reibungsverringerung ist der Kupplungskörper 10 gegenüber dem Achszapfen 20 mittels Lager, hier beispielhaft durch Wälzlager 46 angedeutet, und der zweite Teil 36 des Kupplungskörpers 10 gegenüber dessen ersten Teil 34 mittels eines weiteren Lagers (hier beispielhaft durch ein Wälzlager 48 dargestellt) gelagert (angedeutet jeweils durch Kreise). Das (oder die optional mehreren) Wälzlager 46 ermöglichen dabei auch eine axiale Verschiebbarkeit, bspw. indem der zugeordnete Innen- oder Außenring mittels einer Gleitbuchse auf dem Achszapfen 20 oder gegen den Kupplungskörper 10 gelagert ist.
Das vorstehend beschriebene drehrichtungsabhängige Gesperre 1 bietet die Möglichkeit zur Speicherung von kinetischer Energie während einer zyklischen Bewegungsabfolge. Durch Umleitung des Kraftflusses kann die Unterstützung einer Bewegung kompakt und kollinear zur Gelenkachse (zur der im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand der Orthese 2 die Drehachse fluchtend angeordnet ist, siehe Fig. 1 ) erfolgen. Das erfindungsgemäße Gesperre 1 ermöglicht dabei eine passive Lösung zur vollfunktionalen Gelenkunterstützung während eines zyklischen Bewegungsablaufs. Die Ansteuerung der Unterstützungszeitpunkte erfolgt für eine solche passive Unterstützung vorzugsweise extern während des Bewegungszyklus durch die Detektion von Drucksignalen insbesondere in Fluidkammern an einer Kontaktstelle des Nutzers zur Umgebung, im Fall einer Fußgelenksorthese bspw. an der Fußunterseite. Die Passivität der Ansteuerung kann dabei insbesondere durch einen geschlossenen (Fluid-) Kreislauf sowie mittels einer (insbesondere fluidisch realisierten) UND/ODER-Schaltlogik erfolgen.
In Fig. 4 bis 7 ist anhand jeweils einer Prinzipskizze schematisch dargestellt, wie das vorstehend, insbesondere anhand der Fig. 1 bis 3, beschriebene Gesperre 1 bei der Orthese 2 zur Bewegungsunterstützung zum Einsatz kommt. Die Orthese
2 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine Fußgelenksorthese. Neben dem vorstehend beschriebenen Gesperre 1 (im Folgenden als „erstes“ Gesperre 1 bezeichnet) weist die Orthese 2 ein weiteres (somit „zweites“) Gesperre 100 auf. Die Elemente dieses zweiten Gesperres 100 entsprechen denen des ersten Gesperres 1 und sind deshalb, soweit in Fig. 4 bis 7 vergleichbar zu den Fig. 1 bis
3 ausgebildet, zur besseren Verständlichkeit und Unterscheidbarkeit mit Bezugszeichen versehen, die um den Wert „100“ erhöht sind. Das zweite Gesperre 100 weist also einen ersten Gestellteil, einen zweiten Gestellteil zur Verbindung mit der ersten bzw. zweiten Orthesenschale 6 und 8 (beide zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt), einen Kupplungskörper 110 und einen Sperrkörper 112 auf. Der Kupplungskörper 110 und der Sperrkörper 112 sind zwischen entsprechenden Freilauf- und Kupplungsstellungen 114 und 118 bzw. Sperr- und Freigabestellungen 126 und 142 verstellbar. Das erste Gesperre 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Gelenkinnenseite und das zweite Gesperre 100 einer Gelenkaußenseite des Fußgelenks zugeordnet, so dass auch die Bezeichnung „inneres“ Gesperre 1 und „äußeres“ Gesperre 100 möglich ist.
Die Stellmittel für die Kupplungskörper 10 und 110 sind abweichend zu Fig. 1 bis 3 durch federbelastete Stellzylinder (Hydraulikzylinder 50 und 150) abgebildet. Dies ist lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Diese Hydraulikzylinder 50 und 150 ersetzen in diesem schematischen Ausführungsbeispiel somit den Hydraulik-Ringschlauch 24 und die Zugfedern 22. Die Sperrkörper 12 und 112 werden mittels des zugeordneten (ebenfalls federbelasteten) Hydraulikzylinders 30 bzw. 130 verstellt. Der jeweilige Bewegungsenergiespeicher ist in den Fig. 4 bis 7 als Spiralfeder dargestellt. Außerdem ist das zweite Gesperre 100 derart ausgestaltet, dass die erste und die zweite Drehrichtung gegenüber dem ersten Gesperre 1 vertauscht, d. h. umgekehrt ist. Dadurch wird unter anderem ermöglicht, dass sich der Bewegungsenergiespeicher des ersten Gesperres 1 „aufladen“, die Spiralfeder also spannen, kann während sich der der Bewegungsenergiespeicher des zweiten Gesperres 100 „entlädt“, die Spiralfeder sich also entspannt.
Die Orthese 2 weist außerdem eine Schaltvorrichtung 60 auf, die zur gezielten Verstellung (Ansteuerung) der Kupplungskörper 10 und 110 sowie der Sperrkörper 12 und 112 eingerichtet und vorgesehen ist. Die Schaltvorrichtung 60 weist dazu einen ersten Druckschalter in Form einer ersten Fluidkammer 62 und einen zweiten Druckschalter in Form einer zweiten Fluidkammer 64 auf. Konkret handelt es sich bei der Schaltvorrichtung 60 um eine Hydraulikvorrichtung. Die erste Fluidkammer 62 ist derart an der ersten Orthesenschale 6 positioniert, dass die erste Fluidkammer 62 im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand unter der Ferse des mit der Orthese 2 versorgten Fußes des Nutzers angeordnet ist. Die zweite Fluidkammer 64 ist an der ersten Orthesenschale 6 positioniert, so dass diese im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand unter dem Vorfuß (Fußballen) des Nutzers angeordnet ist. Dadurch werden die beiden Fluidkammern 62 und 64 in zeitlicher Abfolge gleichermaßen zu dem Fuß belastet. Die beiden Fluidkammern 62 und 64 sind außerdem derart gestaltet, dass diese bei Belastung des Fußes beim Gehen komprimiert werden und sich bei Entlastung wieder in deren Ausgangsstellung zurückstellen. Beispielsweise sind die Fluidkammern 62 und 64 dazu durch eine Art Kunststoffblase oder Membran gebildet.
Die Schaltvorrichtung 60 weist außerdem Fluidleitungen 66 sowie „Logikventile“ in Form von UND-Ventilen 68 und ODER-Ventilen 70 auf. Die UND-Ventile 68 sind dabei derart gestaltet, dass ein Ausgang nur dann „geschaltet“ wird (ein Drucksignal in Form einer Druckerhöhung des Fluids weitergibt), wenn an beiden Eingängen ein Drucksignal anliegt. Die ODER-Ventile 70 geben das Drucksignal entsprechend nur dann weiter, wenn nur an einem Eingang ein Drucksignal anliegt. Derartige Ventiltechnik ist dem Fachmann bekannt. Die Fluidkammern 62 und 64 sind nun mittels der Fluidleitungen 66 und den UND- sowie ODER-Ventilen 68 bzw. 70 derart mit den Stellmitteln (Hydraulikzylinder 30, 130 und 50, 150) verschaltet, dass sich ein im Folgenden näher beschriebenes Verstellmuster ergibt.
In Fig. 4 ist ein unbelasteter (unbetätigter) Zustand beider Fluidkammern 62 und 64 dargestellt. Dieser Zustand liegt vor, wenn der entsprechende Fuß des Nutzers aktuell vom Boden abgehoben ist. In diesem Zustand sind beide Kupplungskörper 10 und 110 in der jeweiligen Kupplungsstellung 14 und 114 angeordnet. Der Sperrkörper 12 des ersten Gesperres 1 ist in dessen Sperrstellung 26 und der Sperrkörper 112 in dessen Freigabestellung 142 angeordnet. Beide Kupplungskörper 10 und 110 sind federbelastet in Richtung auf deren Kupplungsstellung 14 und 114. Der erste Sperrkörper 12 ist ebenfalls federbelastet in Richtung auf die Sperrstellung 26, der zweite Sperrkörper 112 dagegen federbelastet in Richtung auf die Freigabestellung 142.
Fig. 5 zeigt einen Schaltzustand, wenn der Nutzer die Ferse des mit der Orthese 2 versorgten Fußes aufsetzt. Die erste Fluidkammer 62 wird somit belastet (angedeutet durch Schraffur), so dass Fluid in die Fluidleitung 66 gedrückt und somit der Hydraulikdruck (Fluiddruck) erhöht wird - die erste Fluidkammer 62 gibt somit ein Drucksignal auf die Fluidleitung 66 (angedeutet durch eine gestrichelte Linie). Aufgrund der Verknüpfung der Logikventile wird Fluid zu den Hydraulikzylindern 50 und 150 beider Kupplungskörper 10 und 110 sowie zum Hydraulikzylinder 30 des Sperrkörpers 12 geleitet. Die beiden Kupplungskörper 10 und 110 werden somit in deren Freilaufstellungen 14 bzw. 114 verstellt, der Sperrkörper 12 in dessen Freigabestellung 42. Dadurch kann sich die erste Orthesenschale 6 gegenüber der zweiten Orthesenschale 8 frei bewegen und der Vorfuß des Nutzers sich in Richtung zum Boden bewegen, also eine Plantarflexion ausführen.
Fig. 6 zeigt einen nachfolgenden Schaltzustand, wenn sowohl Ferse als auch Vorfuß auf dem Boden aufliegen und auch belastet sind. Hier sind beide Fluidkammern 62 und 64 belastet (die Druckschalter also „ausgelöst“ - schraffiert dargestellt). Die daraus resultierende Fluidverteilung in der Fluidleitung 66 über die UND- sowie die ODER-Ventile 65 bzw. 70 ist gestrichelt dargestellt. Konkret wird hier nur dem Hydraulikzylinder 150 des Kupplungskörpers 110 des zweiten Gesperres 100 Fluid zugeführt, so dass der zweite Kupplungskörper 110 in dessen Freilaufstellung 118 verstellt ist (konkret bleibt, da dieser Zustand beim Gehen üblicherweise direkt auf den in Fig. 5 dargestellten Zustand folgt). Hierdurch kann sich der Bewegungsenergiespeicher des ersten Gesperres 1 „aufladen“, d. h. die Spiralfeder gespannt werden (vgl. Fig. 2). Dies erfolgt dadurch, dass der Nutzer sich bei einer normalen Bewegungsabfolge beim Gehen bei voll aufgesetztem Fuß über den Fuß hinwegbewegt und sich somit der Unterschenkel gegenüber dem Fuß im Sprunggelenk dreht (abgewinkelt wird). Diese Relativbewegung erfahren die am Fuß befestigte erste Orthesenschale 6 sowie die zweite am Unterschenkel befestigte zweite Orthesenschale 8, so dass diese Bewegung auf das erste Gesperre 1 übertragen wird. Da der Kupplungskörper 110 des zweiten Gesperres 100 „ausgekuppelt“ ist, kann sich das zweite Gesperre 100 frei bewegen.
Fig. 7 zeigt einen weiteren Schaltzustand, wenn nur noch der Vorfuß am Boden aufsitzt (sogenannte „heel off“ Phase), somit die Abdruckphase der Abrollbewegung des Fußes. Hier ist nur noch die zweite Fluidkammer 64 belastet, wobei Fluid den Hydraulikzylindern 30 bzw. 130 des ersten bzw. zweiten Sperrkörpers 12 und 112 zugeführt wird. Der erste Sperrkörper 12 wird somit in dessen Freigabestellung 42 verstellt. Dadurch kann sich die Spiralfeder (Bewegungsenergiespeicher) des ersten Gesperres 1 entladen. Da die Kupplungskörper 10 und 110 in deren Kupplungsstellungen 14 und 114 angeordnet sind, wird die gespeicherte Bewegungsenergie auf die beiden Orthesenschalen 6 und 8 übertragen so dass eine "aktive“ oder federkraftunterstützte Plantarflexion des Fußes erfolgt. Die Orthese 2 unterstützt also die Abdruckphase des Fußes. Der Sperrkörper 114 des zweiten Gesperres 100 ist dabei in der Sperrstellung 126 angeordnet, so dass aufgrund des „eingekuppelten“ Kupplungskörpers 110 die Spiralfeder (Bewegungsenergiespeicher) des zweiten Gesperres 100 gespannt wird - denn die Spannrichtung dieses Bewegungsenergiespeichers ist gegengesetzt zu der des anderen Bewegungsenergiespeichers. Dieses Spannen des zweiten Bewegungsenergiespeichers ermöglicht wiederum, wenn der Fuß (Vorfuß) vom Boden abgehoben wird (sognannte „toe off“ Phase) und sich somit der Schaltzustand der Fig. 4 wieder einstellt, dass sich die gespeicherte Bewegungsenergie auf die erste Orthesenschale 6 überträgt und somit eine Dorsalextension des Fußes erfolgt. Dabei entspannt sich die zweite Spiralfeder soweit, dass sich eine - zumindest näherungsweise - entspannte und/oder angehobene Fußposition gegenüber dem Unterschenkel einstellt. Dies wird beispielsweise über eine von einem Orthopädietechniker vorzunehmende Abstimmung der Vorspannung der ersten und zweiten Spiralfedern ermöglicht. Anschließend kann eine erneute Abfolge der vorstehend beschriebenen Zustände erfolgen.
Grundsätzlich kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel, das nicht näher dargestellt ist, der Kupplungskörper 10 des ersten Gesperres 1 im unbetätigten Zustand auch in der Freilaufstellung 18 angeordnet sein. Dazu kann der Hydraulikzylinder 50 analog zum Hydraulikzylinder 30 ausgestaltet sein. In diesem Fall braucht die zweite Spiralfeder die erste Spiralfeder nach dem Abheben des Fußes vom Boden nicht spannen, sondern lediglich die Dorsalextension des Fußes unterstützen oder bewirken.
Bevorzugt sind die Logikventile derart ausgestaltet, dass ein Rückströmen des Fluids in Richtung auf die beiden Fluidkammern 62 und 64 möglich ist. Somit können die sich in ihre Ruhestellung (s. Fig. 4) zurückstellenden Fluidkammern 62 und 64 das Fluid aus den Hydraulikzylindern 50, 150, 30 und 130 zurücksaugen - oder zusätzlich oder alternativ die federbelasteten Hydraulikzylinder 50, 150, 30 und 130 das Fluid zurückdrücken.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Bezugszeichenliste
1 Gesperre
2 Orthese
3 Gestellteil
4 Gestellteil
6 Orthesenschale
8 Orthesenschale
10 Kupplungskörper
12 Sperrkörper
14 Freilaufstellung
16 Drehachse
18 Kupplungsstellung
20 Achszapfen
22 Zugfeder
24 Hydraulik-Ringschlauch
26 Sperrstellung
28 Kupplungsfläche
30 Hydraulikzylinder
32 Drehfeder
34 erster Teil
36 zweiter Teil
40 Pfeil
42 Freigabestellung
44 Pfeil
46 Wälzlager
48 Wälzlager
50 Hydraulikzylinder
60 Schaltvorrichtung
62 Fluidkammer
64 Fluidkammer
66 Fluidleitung
68 UND-Ventil 0 ODER-Ventil
100 Gesperre
110 Kupplungskörper
112 Sperrkörper 114 Freilaufstellung
118 Kupplungsstellung
126 Sperrstellung
130 Hydraulikzylinder
142 Freigabestellung 150 Hydraulikzylinder

Claims

Ansprüche Drehrichtungsabhängiges Gesperre (1 ) für eine Orthese
(2), aufweisend
- einen ersten Gestellteil
(3) zur Verbindung mit einer ersten Orthesenschale (6),
- einen zweiten Gestellteil (4) zur Verbindung mit einer zweiten Orthesenschale (8),
- einen Kupplungskörper (10), der zwischen dem ersten und dem zweiten Gestellteil (3, 4) angeordnet ist, und
- einen Sperrkörper (12), wobei der Kupplungskörper (10) zwischen einer Freilaufstellung (14), in der das erste und das zweite Gestellteil (3, 4) frei gegeneinander bewegbar, insbesondere verdrehbar, sind, und einer Kupplungsstellung (18) verstellbar ist, in der das erste und das zweite Gestellteil (3,
4) kraftübertragungstechnisch mittelbar über den Kupplungskörper (10) miteinander gekoppelt sind, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Bewegungsenergiespeichers (32), und wobei der Sperrkörper (12) zwischen einer Sperrstellung (26), in der der Sperrkörper (12) eine Verdrehung des Kupplungskörpers (10) in eine erste Drehrichtung unterbindet, und einer Freigabestellung (42), in der der Sperrkörper (12) eine Verdrehung des Kupplungskörpers (10) in der ersten Drehrichtung freigibt, verstellbar ist. Gesperre (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Kupplungskörper (10) federbelastet in Richtung auf die Kupplungsstellung (14) ist. Gesperre (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Stellmittel (24, 50), das dazu eingerichtet ist, unter Wirkung einer extern zu dem Gesperre (1 ) aufgebrachten Stellkraft den Kupplungskörper (10) in Richtung auf die Freilaufstellung (14) zu verstellen. Gesperre (1 ) nach Anspruch 3, wobei das Stellmittel (24, 50) mechanisch oder fluidisch aktiviert ist.
5. Gesperre (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste und der zweite Gestellteil (3, 4) sowie der Kupplungskörper (10) um eine gemeinsame Achse (16) drehbar angeordnet sind, insbesondere wobei der erste und der zweite Gestellteil (3, 4) sowie der Kupplungskörper (10) ein Drehgelenk für die Orthese (2) bilden, vorzugsweise wobei der erste und der zweite Gestellteil (3, 4) sowie der Kupplungskörper (10) im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand in der Orthese (2) kollinear zu einem Gelenk eines Patienten angeordnet sind.
6. Gesperre (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sperrkörper (12) mechanisch oder fluidisch zwischen der Sperrstellung (26) und der Freigabestellung (42) verstellbar ist.
7. Gesperre (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend einen Bewegungsenergiespeicher (32), unter dessen Zwischenschaltung bei in der Kupplungsstellung (18) angeordnetem Kupplungskörper (10) der erste und der zweite Gestellteil (3, 4) kraftübertragungstechnisch mittelbar über den Kupplungskörper (10) miteinander gekoppelt sind.
8. Gesperre (1 ) nach Anspruch 7, wobei der Bewegungsenergiespeicher (32) bei einer Bewegung des ersten Gestellteils (3) gegen den zweiten Gestellteil (4) in einer zweiten Drehrichtung, während der Kupplungskörper (10) in dessen Kupplungsstellung (18) und der Sperrkörper (12) in dessen Sperrstellung (26) angeordnet sind, Bewegungsenergie aufnimmt und zwischenspeichert.
9. Gesperre (1 ) nach Anspruch 8, wobei der Bewegungsenergiespeicher (32), während der Kupplungskörper (10) in dessen Kupplungsstellung (18) und der Sperrkörper (12) in dessen Freigabestellung (42) angeordnet sind, zumindest einen Teil der aufgenommenen und zwischengespeicherten Bewegungsenergie unter Bewegung des ersten Gestellteils (3) gegen den zweiten Gestellteil (4) in der ersten Drehrichtung abgibt.
10. Gesperre (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Sperrkörper (12) zumindest mittelbar an dem zweiten Gestellteil (4) angebunden ist, und/oder wobei der Bewegungsenergiespeicher als Feder, insbesondere als Drehfeder (32) oder Spiralfeder, ausgebildet ist.
11 . Gesperre (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Kupplungskörper (10) mit dem ersten und/oder dem zweiten Gestellteil (3, 4) und/oder mit dem Sperrkörper (12) nach Art einer Ratschenkupplung, eines Freilaufs, einer Klemmkupplung oder dergleichen zusammenwirkt.
12. Orthese (2) mit einem drehrichtungsabhängigen Gesperre (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 .
13. Orthese (2) nach Anspruch 12 mit einem weiteren drehrichtungsabhängigen Gesperre (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei beide Gesperre (1 , 100) einem mit der Orthese (2) zu versorgenden Gelenk zugeordnet sind und wobei das eine Gesperre (1 ) einer ersten Gelenkseite und das weitere Gesperre (1 , 100) der zweiten Gelenkseite zugeordnet sind, und mit einer fluidaktivierten Schaltvorrichtung (60) zur autonomen Verstellung des jeweiligen Kupplungskörpers (10, 110) und des jeweiligen Sperrkörpers (12, 112).
14. Orthese (2) nach Anspruch 13, wobei der Sperrkörper (12) des einen Gesperres (1 ) und der Sperrkörper (112) des weiteren Gesperres (100) in entgegengesetzte Verstellrichtungen federbelastet sind.
15. Orthese (2) nach Anspruch 13 oder 14, ausgebildet als Fußgelenksorthese, wobei die Schaltvorrichtung (60) einen ersten Druckschalter (62) und einen zweiten Druckschalter (64) aufweist, wobei der erste Druckschalter (62) im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand unter der Ferse des mit der Orthese (2) versorgten Fußes und der zweite Druckschalter (64) unter dem Vorfuß des Fußes angeordnet ist.
16. Orthese (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Schaltvorrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass in einem unbetätigten Grundzustand der Kupplungskörper (10) des einen Gesperres (1 ) und der Kupplungskörper (110) des weiteren Gesperres (100) in deren Kupplungsstellung (18, 118) sowie der Sperrkörper (12) des einen Gesperres (1 ) in der Sperrstellung (26) und der Sperrkörper (112) des weiteren Gesperres (100) in der Freigabestellung (142) angeordnet sind.
17. Orthese (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Schaltvorrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass, wenn nur der erste Druckschalter (62) betätigt ist, der Kupplungskörper (10) und der Sperrkörper (12) des einen Gesperres (1 ) in die Freilaufstellung (14) bzw. die Freigabestellung (42) und der Kupplungskörper (110) und der Sperrkörper (112) des weiteren Gesperres (100) in die Freilaufstellung (114) bzw. die Freigabestellung (142) verstellt sind.
18. Orthese (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Schaltvorrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass, wenn der erste und der zweite Druckschalter (62, 64) gemeinsam betätigt sind, der Kupplungskörper (10) und der Sperrkörper (12) des einen Gesperres (1 ) in der Kupplungsstellung (18) bzw. der Sperrstellung (26) angeordnet sind und der Kupplungskörper (110) sowie der Sperrkörper (112) des weiteren Gesperres (100) in die Freilaufstellung (114) bzw. die Freigabestellung (142) verstellt sind.
19. Orthese (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Schaltvorrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass, wenn nur der zweite Druckschalter (64) betätigt ist, der Kupplungskörper (10) und der Sperrkörper (12) des einen Gesperres (1 ) in der Kupplungsstellung (18) angeordnet bzw. in die Freigabestellung (42) erstellt sind und der Kupplungskörper (110) sowie der Sperrkörper (112) des weiteren Gesperres (100) in der Kupplungsstellung (118) angeordnet bzw. in die Sperrstellung (126) verstellt sind. Orthese (29 nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Schaltvorrichtung (60) UND- sowie ODER-Ventile (68, 70) aufweist, mittels derer der erste und der zweite Druckschalter (62, 64) miteinander sowie mit den beiden Kupplungskörpern (10, 110) und den beiden Sperrkörpern (12, 112) verschaltet sind.
PCT/EP2023/083782 2022-11-30 2023-11-30 Drehrichtungsabhängiges gesperre für eine orthese und orthese mit einem solchen gesperre WO2024115681A1 (de)

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