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Die
Erfindung betrifft eine Gelenkstütze,
insbesondere Kniegelenkstütze,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Gelenkstützen dieser
Art sind als Knieorthesen bekannt, die beispielsweise nach Kreuzbandoperationen
angelegt werden und eine Bewegung des Unterschenkels relativ zum
Oberschenkel unter kontrollierten Bedingungen erlauben sowie das
Knie stabilisieren. Die beidseits des Knies entlanggeführten Schienen
sind in Höhe
des Kniegelenks gelenkig verbunden und werden zu ihren freien Enden
hin am Ober- bzw. Unterschenkel festgegurtet. Das Drehgelenk erlaubt
hierbei ein Abknicken bzw. Strecken des Beins über einen bestimmten, festlegbaren Schwenkbereich.
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Aus
der
DE 196 06 092
A1 ist eine Gelenkstütze
bekannt, bei welcher ein Verstellhebel, an welchem ein Gegenanschlag
zur Begrenzung des freien Schwenkbereiches ausgebildet ist, ein
Langloch aufweist, das in einem bestimmten Winkel zu einem Langloch
der distalen Schiene verläuft.
Durch die beiden Langlöcher
ist eine Klemmschraube hindurchgeführt. Durch Verschieben der
Klemmschraube innerhalb der Langlöcher kann der Verstellhebel
und damit der Gegenanschlag um die Schwenkachse der Gelenkstütze herum
sehr fein und stufenlos verschwenkt werden. Hierbei ist es möglich, die
Schiene soweit in Extensionsrichtung zu verschwenken, daß ein Überstrecken
der Gliedmaßen
erreicht wird. Weiterhin ist durch diese Anordnung gewährleistet,
daß der
Verstellhebel allein durch leichtes Anziehen der Klemmschraube an
der distalen Schiene sicher festgelegt werden kann. Diese bekannte
Gelenkstütze liefert
bereits viele Vorteile gegenüber
anderen bekannten Gelenkstützen,
erfordert jedoch zum Lösen und
Festziehen der Klemmschraube ein Werkzeug in der Form eines Imbusschlüssels. Ein
derartiges Werkzeug ist jedoch nicht immer dann zur Hand, wenn die
Schwenkbereichsgrenze verstellt werden soll.
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Weiterhin
sind polyzentrische Knieorthesen mit einer Gelenkeinrichtung bekannt,
die zwei voneinander beabstandete Schwenkachsen für die schwenkbare
Lagerung der distalen Schiene und proximalen Schiene aufweisen.
Derartige zweiachsige Knieorthesen weisen eine Schwenkgeometrie
auf, die in besonders genauer Weise den natürlichen Bewegungsablauf beim
Abbiegen eines Knies nachahmen soll.
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Aus
der
US 4,697,583 ist
eine Gelenkstütze in
der Form einer polyzentrischen Kniegelenksstütze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bekannt. Bei dieser bekannten Gelenkstütze besteht der Verstellmechanismus
zum Verstellen der Schwenkbereichsgrenze in Extensionsrichtung aus
einem kleinen Planetenrad, das mittels eines Schraubendrehers gedreht
werden kann, wodurch sich das Planetenrad am Umfang eines Zahnrads
entlang bewegt, das drehfest mit einer der beiden Schienen verbunden
ist. Beim Schwenken der Gelenkstütze
in Extensionsrichtung schlägt
dieses Planetenrad je nach Einstellung mehr oder weniger spät an einem
zweiten Zahnrad an, das mit der anderen Schiene drehfest verbunden
ist. Zur Begrenzung des Schwenkbereichs in Flexionsrichtung ist
ein zweiter entsprechender Verstellmechanismus mit einem Planetenrad
vorgesehen, dessen Position innerhalb der Gelenkstütze mittels
eines Schraubendrehers eingestellt werden kann. Nachteilig ist bei
dieser bekannten Gelenkstütze,
dass die Verstellung der Schwenkbereichsgrenze relativ umständlich ist
und nicht ohne Werkzeug durchgeführt
werden kann.
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Aus
der
DE 87 04 851 U1 ist
eine Quengelschiene mit einer Schnecke bekannt, die zum Feststellen
eines bestimmten Winkels zwischen zwei gelenkig miteinander verbundenden
Schienen, jedoch nicht zum Einstellen einer Schwenkbereichsgrenze dient.
Um die Schnecke um ihre Längsachse
drehen zu können,
weist die Schnecke ein vorstehendes Schneckenende auf, das als Antriebs-Sechskant ausgebildet
ist. Der Sechskant dient zur Aufnahme eines Steckschlüssels, mit
dessen Hilfe die Schnecke in Drehung versetzbar ist, so dass sich
die beiden Schienen in ihrem Winkel zueinander verändern lassen.
Um die beiden Schienen frei gegeneinander verschwenken zu können, muss
ebenfalls mittels eines Werkzeugs ein weiterer Bolzen gedreht werden, wodurch
eine Verzahnung einer Schiene außer Eingriff mit der Verzahnung
der Schnecke gebracht werden kann.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkstütze der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Verstellung des
Verstellhebels relativ zur distalen Schiene und damit die stufenlose
Feinverstellung einer Schwenkbereichsgrenze auf möglichst
einfache Weise und ohne Werkzeug durchgeführt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Gelenkstütze besteht
der Verstellmechanismus zum Verstellen der Schwenkbereichsgrenze
aus einem selbsthemmenden Zahnradgetriebe mit einem an einer der
beiden Schienen drehgelagerten, manuell verdrehbaren Antriebszahnrad
in Form einer Schnecke und einer am Verstellhebel vorgesehenen Verzahnung
in Form eines Schneckenradsegments, das mit der Schnecke in Eingriff
ist.
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verstellmechanismus
ist der Verstellhebel und damit der am Verstellhebel vorgesehene
Gegenanschlag auf einfache Weise mit den Fingern stufenlos verschwenkbar, ohne
dass irgendwelche Werkzeuge benötigt
werden. Die Schwenkbereichsgrenze, die beim Anschlagen des Verstellhebel-Gegenanschlags
am entsprechenden, an der Gelenkeinrichtung befestigten Anschlagelement
erreicht wird, kann somit rein manuell und stufenlos innerhalb eines
bestimmten Winkelbereiches, beispielsweise innerhalb von fünfzehn Grad, verstellt
werden.
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Da
das Verschwenken der ersten Schiene um die erste Schwenkachse mit
dem Verschwenken der zweiten Schiene um die zweite Schwenkachse zwangsgekoppelt
ist, hat die Verstellung einer Schwenkbereichsgrenze mittels des
erfindungsgemäßen Verstellmechanismus
automatisch zur Folge, dass auch die entsprechende Schwenkbereichsgrenze
der anderen Schiene, an welcher der Verstellmechanismus nicht angeordnet
ist, auf entsprechende Weise, d. h. symmetrisch, verstellt wird.
Es ist damit nicht erforderlich, an dieser anderen Schiene auch
einen Verstellmechanismus vorzusehen.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes
kann der Verstellhebel sehr fein und leicht verstellt werden. Aufgrund
der Selbsthemmung dieses Zahnradgetriebes ist durch die Belastung,
die durch die Körperglieder
auf die Schienen aufgebracht wird, keine unerwünschte Verstellung des Verstellhebels
möglich.
Zusätzliche
Mittel zum Sperren des Zahnradgetriebes entfallen damit.
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Eine
besonders einfache Ausführungsform ergibt
sich, wenn die Schnecke mittels einer quer zur Längsachse der zweiten Schiene
verlaufenden Welle an der zweiten Schiene drehbar gelagert ist.
Eine derartige Welle kann in zumindest einem ihrer Endbereiche,
vorzugsweise in beiden Endbereichen, ein mit den Fingern in Umdrehung
versetzbares Rändelrad
aufweisen, über
welches das Antriebszahnrad in Umdrehung versetzt wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung besteht die Verzahnung zwischen der ersten und zweiten
Schiene aus einer Stirnverzahnung mit abgerundeten Zahnspitzen.
Eine derartige Zahngeometrie erweist sich als besonders widerstandsfähig gegen
Zahnbruch. Dies ist deswegen von erheblicher Bedeutung, da es die
Gelenkstütze ermöglicht,
dass nur diejenige Schiene, welche den Verstellmechanismus und den
Schwenkhebel trägt, an
dem betreffenden Anschlagelement anschlägt, während die andere Schiene mit
diesem Anschlagelement nicht in Kontakt ge langt. Wird versucht,
das Körperglied über die
Schwenkbereichsgrenze hinaus abzubiegen, wird die gesamte Kraft über die
Verzahnung zwischen der ersten und zweiten Schiene übertragen
und die Verzahnung entsprechend belastet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshaft
näher erläutert. In
diesen zeigen:
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1:
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Gelenkstütze, wobei die Schienen verkürzt dargestellt
sind,
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2:
einen Längsschnitt
der Gelenkstütze von 1 in
etwas vergrößerter Darstellung,
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3:
eine Explosionsdarstellung der Einzelteile der erfindungsgemäßen Gelenkstütze,
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4:
eine Draufsicht entsprechend 1, wobei
eine Hyperextensionsstellung gezeigt wird,
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5:
eine Draufsicht entsprechend 1, wobei
die maximale Flexionsstellung gezeigt wird,
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6:
eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Verstellmechanismus und
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7:
einen Schnitt längs
der Linie VII-VII von 6.
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Im
folgenden wird anhand der 1 bis 7 die
erfindungsgemäße Gelenkstütze beschrieben,
wobei im Normalfall zwei Gelenkstützen der dargestellten Art
verwendet werden, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Gelenks
befinden und mittels nicht dargestellter Gurte an den entsprechenden
Körpergliedern,
beispielsweise dem Ober- und Unterschenkel,
befestigt werden. Die auf der gegenüberliegenden Seite des Gelenks
anzuordnende Gelenkstütze
kann spiegelbildlich ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Gelenkstütze wird
anhand des Beispiels einer Knieorthese beschrieben, könnte jedoch
auch für
andere Gelenke, beispielsweise für das
Ellbogengelenk, Anwendung finden.
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Die
in den 1–4 dargestellte
Gelenkstütze
besteht aus einer distalen Schiene 1, welche mittels entsprechender,
nicht gezeigter Gurte am Unterschenkel befestigt werden kann, sowie
einer proximalen Schiene 2, welche ebenfalls mittels nicht
gezeigter Gurte am Oberschenkel befestigbar und über eine Gelenkeinrichtung 3 mit
der distalen Schiene 1 verbunden ist.
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Die
Gelenkeinrichtung 3 besteht aus zwei ebenen, kreisförmigen Platten 4, 5,
die mit einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Die beiden
aufeinander zugerichteten Enden der distalen Schiene 1 und
proximalen Schiene 2 ragen in den Zwischenraum zwischen
den Platten 4, 5 hinein und sind dort mittels
zweier Schwenkachsen 6, 7 schwenkbar gelagert.
Die beiden Schwenkachsen 6, 7 sind parallel zueinander
und quer zu den Platten 4, 5 angeordnet. Wie aus 2 näher ersichtlich,
werden die Schwenkachsen 6, 7 aus Hülsenmuttern 8, 9 gebildet,
welche in entsprechende Achsbohrungen 10, 11 in
den Platten 4, 5 eingesteckt und von der gegenüberliegenden
Seite her mittels Schrauben 12, 13 festgelegt
sind. Die Hülsenmuttern 8, 9 sind
von Distanz- und Lagerhülsen 14, 15 umgeben,
welche zwischen den Platten 4, 5 angeordnet sind
und diese auf Abstand halten. Die Distanz- und Lagerhülsen 14, 15 sind
in ensprechende Durchgangsbohrungen der Schienen 1, 2 eingesteckt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
befindet sich die Schwenkachse 7 für die proximale Schiene 2 in
der Mitte der Platten 4, 5, während die Schwenkachse 6 für die distale
Schiene 1 in einem randnahen Bereich der Platten 4, 5 angeordnet
ist. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, die Platten 4, 5 nicht,
wie dargestellt, kreisförmig, sondern
beispielsweise oval auszubilden und die Schwenkachsen 6, 7 derart
anzuordnen, daß sie symmetrisch
innerhalb der Platten 4, 5 liegen.
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Wie
aus 1 ersichtlich, weist sowohl die distale Schiene 1 als
auch die proximale Schiene 2 eine stirnseitige Verzahnung 16, 17 auf,
wobei die beiden Verzahnungen 16, 17 miteinander
in Eingriff sind. Die Verzahnungen 16, 17 weisen
Zähne mit
abgerundeten Spitzen auf, wodurch ein weiches Eingreifen und eine
hohe Bruchsicherheit der Zähne
gewährleistet
wird. Die Verzahnung 16, 17 ist daher in der Lage,
hohe Kräfte
zu übertragen.
Die Verzahnung 16, 17 bewirkt, daß bei einem
Verschwenken der distalen Schiene 1 um die Schwenkachse 6 die proximale
Schiene 2 in gleicher Weise um die Schwenkachse 7 verschwenkt
wird.
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Um
den Schwenkbereich der Schienen 1, 2 zu begrenzen,
sind in den Platten 4, 5 Extensionsbegrenzungslöcher 18 und
Flexionsbegrenzungslöcher 19 vorgesehen.
Die Extensions- und
Flexionsbegrenzungslöcher 18, 19 der
oberen Platte 4 sind fluchtend zu entsprechenden Extensions-
und Flexionsbegrenzungslöchern 18, 19 in
der unteren Platte 5 angeordnet, so daß ein Anschlagelement 20 in
der Form eines Stiftes in ein vorgewähltes Extensionsbegrenzungsloch 18 und
ein weiteres Anschlagelement 21 in eines der Flexionsbegrenzungslöcher 19 eingesteckt
werden kann und sowohl in der Platte 4 als auch in der
Platte 5 gehalten wird. Die Extensions- und Flexionsbegrenzungslöcher 18, 19 sind
zueinander derart angeordnet, daß sie in Umfangsrichtung jeweils
um einen Winkelbetrag von 15 Grad zueinander versetzt sind.
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Sowohl
auf der Ober- als auch auf der Unterseite der proximalen Schiene 2 befindet
sich jeweils ein Verstellhebelblech 22a, 22b,
das in 3 einzeln dargestellt ist. Die beiden Verstellhebelbleche 22a, 22b bilden
zusammen einen Verstellhebel 22, der ebenfalls um die Schwenkachse 7 herum,
d. h. um die Hülsenmutter 9,
schwenkbar gelagert und relativ zur proximalen Schiene 2 um
die Schwenkachse 4 herum schwenkbar ist. Durch eine seitlich
vorspringende Nase der Verstellhebelbleche 22a, 22b wird ein
Gegenanschlag 23 mit einer Anschlagfläche 24 gebildet. Die
Anschlagfläche 24 schlägt am Anschlagelement 20 an,
wenn die proximale Schiene 2 maximal in Extensionsrichtung
verschwenkt wird, und begrenzt hierdurch den Schwenkbereich in Extensionsrichtung
(4).
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Wie
aus 2 weiter ersichtlich ist, kann sich zwischen dem
oberen Verstellhebelblech 22a und der oberen Platte 4 sowie
zwischen dem unteren Verstellhebelblech 22b und der unteren
Platte 5 jeweils eine Reibungsverminderungsscheibe 25 befinden,
die beispielsweise aus dünnen
Teflonscheiben bestehen können.
Weiterhin können
sich auch zwischen der distalen Schiene 1 und der oberen
und unteren Platte 4, 5 entsprechende Reibungsverminderungsscheiben 26 befinden.
Die Reibungsverminderungsscheiben 25, 26 sind
in 3 nicht dargestellt.
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Um
die Schwenkbewegung der proximalen Schiene 2 in Flexionsrichtung
zu begrenzen, weist die proximale Schiene 2 eine Anschlagfläche 27 auf, die
bei Erreichen der Schwenkbereichsgrenze in Flexionsrichtung am Anschlagelement 21 anschlägt (5).
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Aufgrund
der beschriebenen Ausgestaltung kann die proximale Schiene 2 zusammen
mit dem Verstellhebel 22 um die Schwenkachse 7 relativ
zu den Platten 4, 5 verschwenkt werden, wobei
die Schwenkbereichsgrenzen sowohl in Extensions- als auch in Flexionsrichtung
durch Einstecken der Anschlagelemente 20, 21 in
verschiedene Extensions- und
Flexionsbegrenzungslöcher 18, 19 in
Schritten von 15 Grad variiert werden können.
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Zusätzlich zu
dieser stufenweisen Variierung der Schwenkbereichsgrenze in Extensionsrichtung kann
bei der erfindungsgemäßen Gelenkstütze eine weitere
stufenlose Veränderung
der Schwenkbereichsgrenze in Extensionsrichtung durchgeführt werden,
indem die Verstellhebelbleche 22a, 22b relativ
zur proximalen Schiene 2 verschwenkt werden.
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Hierzu
ist ein Verstellmechanismus nach Art eines Schnecken-Schneckenrad-Antriebs
vorgesehen. Dieser Verstellmechanismus umfaßt, eine in einer unteren Lagerschale 28 der
proximalen Schiene 2 drehbar gelagerte, quer zur Längsrichtung
der proximalen Schiene 2 angeordnete Welle 29,
die mittig eine Schnecke 30 trägt (6, 7).
Diese Schnecke 30 ist mit einem Schneckenradsegment 31 in Eingriff,
das am proximalen Ende der Verstellhebelbleche 22a, 22b mittels
zweier Schrauben 32 befestigt ist. Das Schneckenradsegment 31 befindet
sich hierbei radial außerhalb
der Platten 4, 5 und sitzt auf dem oberen Verstellhebelblech 22a auf.
Damit die beiden Verstellhebelbleche 22a, 22b durch
die Schrauben 32 nicht zusammengedrückt und verformt werden, ist
zwischen ihnen ein Distanzelement 33 vorgesehen. Das Drehen
der Schnecke 30 erfolgt manuell mittels zweier Rändelräder 34,
die in den beiden Endbereichen der Welle 29 vorgesehen
sind. Wird die Schnecke 30 gedreht, bewegt sich das Schneckenradsegment 31 und
damit die beiden Verstellhebelbleche 22a, 22b relativ
zur proximalen Schiene 2 um die Schwenkachse 7.
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Die
Schrauben 32 und das Distanzelement 33 befinden
sich hierbei im Bereich einer Aussparung 35 der proximalen
Schiene 2, so daß sich
diese Teile innerhalb der Aussparung 35 bewegen können. Die Schnecke 30 wird
in ihrer axialen Richtung dadurch festgehalten, daß sowohl
die untere Lagerschale 28 als auch eine symmetrisch ausge bildete
obere Lagerschale 36 in der Draufsicht U-förmig ausgebildet sind
und die Schnecke 30 mit ihren Stirnseiten an den beiden
parallelen Schenkeln der Lagerschalen 28, 36 anliegt.
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Die
Lagerschalen 28, 36 sind in 3 sowohl
in Draufsicht (obere Darstellung) als auch in Seitenansicht (untere
Darstellung) dargestellt. Wie ersichtlich, weisen die Lagerschalen 28, 36 über ihre gesamte
Breite verlaufende Querrillen 37 auf, in welche die Welle 29 eingesetzt
werden kann. Durch eine mittige Aussparung 38, welche den
Lagerschalen 28, 36 die U-Form verleiht, wird
der für
die Schnecke 30 benötigte
Freiraum geschaffen.
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Auf
der oberen Lagerschale 36 sitzt eine Skalenplatte 39,
welche eine Skala 40 von 0 bis 15 Grad aufweist. Die Skalenplatte 39 wird
zusammen mit der oberen Lagerschale 36 und der unteren
Lagerschale 28 mittels Schrauben 41 an der proximalen Schiene 2 festgeschraubt.
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Die
Skala 40 ermöglicht
ein genaues Ablesen der Relativposition des Schneckenradsegments 31 und
damit der Verstellhebelbleche 22a, 22b relativ zur
proximalen Schiene 2. Befindet sich das Extensions-Anschlagelement 20 im
0 Grad-Extensionsbegrenzungsloch 18,
kann durch die Verstellung der Verstellhebelbleche 22a, 22b die
proximale Schiene 2 stufenlos bis in einen Überstreckungsbereich
von minus 15 Grad relativ zu den Platten 4, 5 abgewinkelt werden.
Da auch die distale Schiene 1 über die Verzahnung 16, 17 in
entsprechender Weise verschwenkt wird, ergibt dies einen theoretischen Überstreckungsbereich
von bis zu minus 30 Grad.
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Alternativ
zu der beschriebenen Ausführungsform
ist es ohne weiteres möglich,
die gezeigte Gelenkstütze
in umgekehrter Ausrichtung am Patienten zu befestigen, so daß die gezeigte
proximale Schiene (2) nicht am Oberschenkel, sondern am
Unterschenkel, und die gezeigte distale Schiene (1) nicht
am Unterschenkel, sondern am Oberschenkel befestigt wird.
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Weiterhin
ist es auch möglich,
den Verstellhebel (22) derart anzuordnen, daß nicht
die Schwenkbereichsgrenze in Extensionsrichtung, sondern diejenige
in Flexionsrichtung auf entsprechende Weise stufenlos feinverstellt
werden kann.