DE4410730C1 - Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk - Google Patents
Schwungphasensteuerung für ein künstliches KniegelenkInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schwungphasensteuerung für ein
künstliches Kniegelenk mit einem an seinem einen Ende mit ei
nem Kopfteil und seinem anderen Ende mit einem Fußteil ver
schlossenen Zylinder sowie einem in diesem in axialer Richtung
hin und her bewegbaren Kolben mit einer durch eine Bohrung im
Kopfteil nach außen geführten Kolbenstange zum Verbinden mit
einem Oberschenkelteil einer Prothese,und einem durch den Kol
ben begrenzten kopfteilseitigen ersten Raum und einem fußteil
seitigen zweiten Raum.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 5,062,857 be
kannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schwungphasensteuerung der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die für unterschied
lich schnelle Bewegungen eine gute Dämpfung ergibt und trotz
dem einen einfachen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Schwungphasensteuerung nach Pa
tentanspruch 1 gelöst.
Vorzugsweise ist der Drosselkanal im Inneren der Kolbenstange
vorgesehen, wodurch der Aufbau vereinfacht wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Zylinder
eine äußere Zylinderwand und im Abstand von dieser eine innere
Zylinderwand zum Bilden einer Ringkammer. Die Ringkammer ist
über eine Ausnehmung mit dem zweiten Raum verbunden. Der Kol
ben gleitet im Inneren des von der inneren Zylinderwand be
grenzten Zylinderraumes. In der Ringkammer gleitet ein in
Richtung zu der Ausnehmung hin federvorgespannter Ringkolben.
Dadurch wird erreicht, daß ein Volumenausgleich für die
eintauchende Kolbenstange erfolgt und die Steuerung auf die
unterschiedliche Beanspruchung bei Beugung und Streckung des
Knies so reagiert, daß ein natürlicher Bewegungsablauf erzielt
wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand
der Figur.
Die Figur zeigt einen Querschnitt durch die Schwungphasen
steuerung.
Die Vorrichtung umfaßt einen äußeren Zylindermantel 1, der an
seinem kopfseitigen freien Ende von einem Kopfteil 2 und an
seinem fußseitigen Ende von einem Fußteil 3 begrenzt ist. Die
Verbindung erfolgt in der in der Figur angedeuteten Weise je
weils durch Einschrauben von Kopf- und Fußteil in vorgesehene
Innengewinde. Zusätzlich ist jeweils eine entsprechende Dich
tung 4, 5 vorgesehen.
In einem Abstand von dem äußeren Zylindermantel ist im Inneren
eine innere Zylinderwand 6 vorgesehen, die mit ihren Enden
wiederum im Kopfteil bzw. Fußteil dicht eingesetzt ist. Die
äußere Zylinderwand 1 und die innere Zylinderwand 6 schließen
eine Ringkammer 7 ein. Am fußseitigen Ende weist die innere
Zylinderwand 6 Bohrungen 8 auf. In der Ringkammer ist ein
Ringkolben 9 gleitend angeordnet. Dieser ist über eine einer
seits am Kopfteil 2 und andererseits an dem Ringkolben angrei
fende Druckfeder 10 in der in der Figur gezeigten Weise in
eine zu den Bohrungen 8 hin gerichtete Grundstellung federvor
gespannt. Im Inneren des von der inneren Zylinderwand 6 um
schlossenen Zylinders ist ein von einer Kolbenstange 12 getra
gener Kolben 13 vorgesehen. Der Kolben 13 trennt mittels ge
eigneter Dichtungen 14 den Innenraum in dem Zylinder in einen
kopfteilseitigen ersten Raum 15 und einen fußteilseitigen
zweiten Raum 16. Der zweite Raum 16 ist über die Bohrungen 8
mit dem daran angrenzenden Raum der Ringkammer 7 verbunden.
Die Kolbenstange 12 ist über eine koaxiale Bohrung in dem
Kopfteil 2 nach außen geführt und weist an ihrem freien Ende
eine Öse zum Verbinden mit einem Oberschenkelteil einer Pro
these auf. Die Kolbenstange 12 ist in der koaxialen Bohrung
gleitend gelagert. Durch Dichtungen 17 folgt eine Abdichtung
des ersten Raumes 15.
Wie am besten aus der Figur ersichtlich ist, weist die Kolben
stange 12 in dem Abschnitt des Kolbens und dem auf beiden Sei
ten daran angrenzenden Bereich eine koaxiale Bohrung 18 auf.
Unmittelbar angrenzend an den Kolben sind auf beiden Seiten in
axialer Richtung aufeinanderfolgende Drosselbohrungen 19, 20
vorgesehen, die den ersten Raum 15 bzw. den zweiten Raum 16
mit der Bohrung 18 verbinden und mit diesem zusammen einen
Drosselkanal bilden. Im Inneren der Bohrung 18 ist ein Schie
ber 21 vorgesehen. Dieser weist eine Kolbenstange 22 auf, die
nahe ihres einen Endes einen in der Bohrung 18 gleitenden er
sten Kolben 23 und nahe ihres anderen Endes einen in der Boh
rung 18 gleitenden zweiten Kolben 24 aufweist. Der Abstand der
beiden Kolben zueinander ist so groß gewählt, daß die Kolben
jeweils die Drosselbohrung 19 und 20 und den zwischen diesen
liegenden Raum, also den Drosselkanal begrenzen.
Auf der Rückseite von erstem Kolben 23 und zweitem Kolben 24
sind jeweils Druckfedern 25, 26 vorgesehen, die jeweils am
Grund der Bohrung und an den Kolben anliegen und den Schieber
21 in die oben beschriebene neutrale Stellung vorspannen.
Der erste Kolben 23 begrenzt in der oben beschriebenen Weise
auf der einen Seite den Drosselkanal und auf seiner anderen
Seite einen ersten Vorspannraum 27. Der zweite Kolben 24 be
grenzt auf seiner einen Seite den Drosselkanal und auf seiner
anderen Seite einen zweiten Vorspannraum 28. Der erste Raum 15
ist über eine einen vernachlässigbaren oder nur einen geringen
Strömungswiderstand aufweisende Bohrung 29 verbunden, während
der zweite Raum 16 und der zweite Vorspannraum 28 über eine
entsprechende einen vernachlässigbaren oder nur einen geringen
Strömungswiderstand aufweisende Bohrung 30 miteinander verbun
den sind.
Das Fußteil 3 weist in bekannter Weise sich senkrecht zur
Längsachse erstreckende Bohrungen 31 zur Verbindung mit einem
Unterschenkelteil auf.
Das Zylinderinnere ist beidseitig des Kolbens 13 mit hydrauli
scher Flüssigkeit gefüllt.
Die Figur zeigt die Stellung der servohydraulischen Schwung
phasensteuerung, in der das Kniegelenk über einen längeren
Zeitraum gebeugt ist und sich ein Gleichgewicht eingestellt
hat. Bei einer jetzt erfolgenden Streckung wird die Kolben
stange 12 entgegengesetzt zu der Richtung des Pfeiles 32 nach
außen gezogen und damit der Kolben 13 langsam bis in seine
Endstellung zum Anschlag an das Kopfteil 2 bewegt. Dabei er
höht sich zunächst der Druck in dem ersten Raum 15, während
sich der Druck im zweiten Raum 16 vermindert. Der Druck im er
sten Vorspannraum 27 wird nun größer als derjenige im zweiten
Vorspannraum 28, mit der Folge, daß der Schieber 21 sich in
Richtung zum Fußteil hin bewegt und zunächst die an den ersten
Kolben 23 angrenzende Drosselbohrung abschließt. Das hat zur
Folge, daß sich im ersten Raum 15 eine erhebliche Federkraft
aufbaut, die die Streckbewegung dämpft.
Bei seiner Rückbewegung aus der gestreckten Stellung in die
gewinkelte Stellung wird der Kolben mit der Kolbenstange dann
in Richtung des Pfeiles 32 wieder nach unten bewegt. Jetzt
bildet sich im zweiten Raum 16 einerseits ein erheblicher
Überdruck auf, und andererseits wird der Ringkolben entgegen
der Feder 10 zurückgedrückt. Erfolgt die Bewegung langsam,
gleichen sich die Drücke in den Räumen 15 und 16 über den
Drosselkanal langsam aus. Erfolgt die Bewegung aber schnell
oder gar ruckartig, dann ist der Druckunterschied und damit
der Druckunterschied in dem ersten Vorspannraum 27 und zweiten
Vorspannraum 28 so groß, daß der Schieber sich nach oben be
wegt und zumindest die angrenzende Drosselbohrung 20 schließt,
so daß der Drosselkanal noch verkleinert wird und sich ein
vergrößerter Dämpfungswiderstand aufbaut.
Die Kraft des im zweiten Raum komprimierten Mediums, unter
stützt durch die Kraft der zusammengedrückten Feder 10 des
Ringkolbens 9, drückt den Kolben bei der anschließenden
Streckbewegung dann nach oben.
In der oben beschriebenen Weise wird also erreicht, daß bei
unterschiedlich schnellen Bewegungen des Kniegelenkes eine un
terschiedlich große Dämpfung wirksam wird. Darüber hinaus ist
durch das Vorsehen des Ringkanales mit dem federvorgespannten
Ringkolben beim Beugen eine zusätzliche Federkraft wirksam.
Claims (11)
1. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk mit
einem an seinem einen Ende mit einem Kopfteil (2) und an sei
nem anderen Ende mit einem Fußteil (3) verschlossenen Zylinder
sowie einem in diesem in axialer Richtung hin und her bewegba
ren Kolben (13) mit einer durch eine Bohrung im Kopfteil (2)
nach außen geführten Kolbenstange (12) zum Verbinden mit einem
Oberschenkelteil einer Prothese, und einem durch den Kolben
(13) begrenzten kopfteilseitigen ersten Raum (15) und einen
fußteilseitigen zweiten Raum (16), einem den ersten und den
zweiten Raum (15, 16) verbindenden Drosselkanal (18, 19, 20)
und einem Schieber (21) zum Einstellen des Querschnittes des
Drosselkanales in Abhängigkeit des in den beiden Räumen (15,
16) herrschenden Druckes.
2. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal im
Inneren der Kolbenstange (12) vorgesehen ist.
3. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselka
nal als Zylinderbohrung (18) ausgestaltet ist und daß der
Schieber (21) einen ersten Kolben (23) umfaßt, der auf seiner
einen Seite den Drosselkanal (18) und auf seiner anderen Seite
einen ersten Vorspannraum (27) begrenzt.
4. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen erstem Raum
(15) und erstem Vorspannraum (27) eine einen vernachlässigba
ren oder nur einen geringen Strömungswiderstand aufweisende
Bohrung (29) vorgesehen ist.
5. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kol
ben (23) eine Kolbenstange (22) umfaßt und diese in einem Ab
stand von dem ersten Kolben (23) einen zweiten Kolben (24)
trägt, der auf seiner dem ersten Kolben (23) zugewandten Seite
den Drosselkanal und auf seiner anderen Seite einen zweiten
Vorspannraum (28) begrenzt.
6. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten
Vorspannraum (28) und dem zweiten Raum (16) eine einen ver
nachlässigbaren oder nur einen geringen Strömungswiderstand
aufweisende Bohrung (30) vorgesehen ist.
7. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber
(21) mittels einer Feder (25, 26) in eine Stellung vorgespannt
ist, in der der Drosselkanal seinen größten Querschnitt auf
weist.
8. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf den beiden dem
Drosselkanal abgewandten Seiten von erstem und zweitem Kolben
(23, 24) Druckfedern (25, 26) vorgesehen sind.
9. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zylinder eine äußere Zylinderwand (1) umfaßt, daß im Abstand
von dieser eine innere Zylinderwand (6) zum Bilden einer Ring
kammer (7) mit einer Ausnehmung (8) zum Verbinden der Ringkam
mer (7) mit dem ersten oder dem zweiten Raum (15, 16) vorgese
hen ist und der Kolben (13) im Inneren des von der inneren Zy
linderwand (6) begrenzten Zylinderraumes gleitet.
10. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringkammer (7)
ein zu der Richtung der Ausnehmung (8) hin federvorgespannter
Ringkolben (9) vorgesehen ist.
11. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach
Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung
(8) die Ringkammer (7) mit dem zweiten Raum (16) verbindet.
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