EP0702538A1 - Schwungphasensteuerung für ein künstliches kniegelenk - Google Patents

Schwungphasensteuerung für ein künstliches kniegelenk

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Publication number
EP0702538A1
EP0702538A1 EP95913155A EP95913155A EP0702538A1 EP 0702538 A1 EP0702538 A1 EP 0702538A1 EP 95913155 A EP95913155 A EP 95913155A EP 95913155 A EP95913155 A EP 95913155A EP 0702538 A1 EP0702538 A1 EP 0702538A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
cylinder
space
knee joint
phase control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95913155A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Fitzlaff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Biedermann Motech GmbH and Co KG
Original Assignee
Biedermann Motech GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Biedermann Motech GmbH and Co KG filed Critical Biedermann Motech GmbH and Co KG
Publication of EP0702538A1 publication Critical patent/EP0702538A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61F2002/5075—Multiple spring systems including two or more helical springs
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    • A61F2002/5075—Multiple spring systems including two or more helical springs
    • A61F2002/5076—Concentric outer and inner helical springs

Definitions

  • the invention relates to a swing phase control for an artificial knee joint with a cylinder which is closed at one end with a head part and at the other end with a foot part, and with a piston which can be moved back and forth in the axial direction and which has an outward bore through a hole in the head part guided piston rod for connection to a thigh part of a prosthesis and a first space on the head part side bounded by the piston and a second part on the foot part side.
  • the object of the invention is to provide a swing phase control of the type described at the outset which is suitable for extreme walking conditions and which enables a pleasant sequence of movements in all conditions.
  • the throttle channel is preferably provided in the interior of the piston rod, which simplifies the construction.
  • the cylinder comprises an outer cylinder wall and at a distance therefrom an inner cylinder wall to form an annular chamber.
  • the annular chamber is connected to the second space via a recess.
  • the piston slides inside the cylinder space delimited by the inner cylinder wall.
  • An annular piston spring-biased in the direction of the recess slides in the annular chamber. This ensures that the volume of the immersing piston rod is equalized and that the control reacts to the different stresses when the knee is bent and extended so that a natural sequence of movements is achieved.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of a second embodiment
  • Fig. 3 is a view of an enlarged section of the second embodiment
  • the device comprises an outer cylinder jacket 1 which is delimited by a head part 2 at its head-side free end and by a foot part 3 at its foot-side end.
  • the connection is made in the manner indicated in the figure in each case by screwing the head and foot sections into the provided internal thread.
  • a corresponding seal 4, 5 is provided.
  • an inner cylinder wall 6 is provided on the inside, the ends of which are inserted tightly in the head part or foot part.
  • the outer cylinder wall 1 and the inner cylinder wall 6 enclose an annular chamber 7.
  • the inner cylinder wall 6 has 8 bores 8.
  • An annular piston 9 is slidably disposed in the annular chamber. This is in the manner shown in the figure via a pressure spring 10 acting on the one hand on the head part 2 and on the other hand on the annular piston stanchions 8 towards spring-loaded basic position.
  • a piston 13 carried by a piston rod 12 is provided in the interior of the cylinder enclosed by the inner cylinder wall 6.
  • the piston 13 separates inner space in the cylinder into a first space 15 on the head part side and a second space 16 on the foot part side by means of suitable seals 14.
  • the second space 16 is connected via the bores 8 to the space of the annular chamber 7 adjoining it.
  • the piston rod 12 is guided to the outside via a coaxial bore in the head part 2 and has an eyelet at its free end for connection to a thigh part of a prosthesis.
  • the piston rod 12 is slidably mounted in the coaxial bore.
  • the first space 15 is sealed by seals 17.
  • the piston rod 12 has a coaxial bore 18 in the section of the piston and in the region adjoining it on both sides.
  • throttle bores 19, 20 are provided on both sides in the axial direction, which connect the first space 15 and the second space 16 to the bore 18 and together form a throttle channel.
  • a slide 21 is provided in the interior of the bore 18.
  • This has a piston rod 22 which has a first piston 23 sliding in the bore 18 near its one end and a second piston 24 sliding in the bore 18 near its other end. The distance between the two pistons is so large that the pistons each limit the throttle bore 19 and 20 and the space between them, that is, the throttle channel.
  • Compression springs 25, 26 are provided on the back of the first piston 23 and the second piston 24, each of which rests against the bottom of the bore and against the piston and biases the slide 21 into the neutral position described above.
  • the first piston 23 delimits the throttle channel on one side and on the other in the manner described above On the one hand, a first preload chamber 27.
  • the second piston 24 delimits the throttle channel on one side and on the other side, a second preload chamber 28.
  • the first chamber 15 is connected via a bore 29 which has a negligible or only a low flow resistance, while the second space 16 and the second prestressing space 28 are connected to one another via a corresponding bore 30 which has a negligible or only a low flow resistance.
  • the foot part 3 has, in a known manner, bores 31 extending perpendicular to the longitudinal axis for connection to a lower leg part.
  • the cylinder interior is filled on both sides of the piston 13 with hydraulic fluid.
  • FIG. 1 shows the position of the servohydraulic swing phase control, in which the knee joint is bent over a longer period of time and an equilibrium has been established.
  • the piston rod 12 is pulled outward in the direction opposite the arrow 32 and the piston 13 is thus slowly moved into its end position as far as the stop against the head part 2.
  • the pressure in the first space 15 initially increases, while the pressure in the second space 16 decreases.
  • the pressure in the first preload chamber 27 now becomes greater than that in the second preload chamber 28, with the result that the slide 21 moves in the direction of the foot part and initially closes the throttle bore adjacent to the first piston 23.
  • the result of this is that a considerable spring force builds up in the first space 15, which dampens the stretching movement.
  • the swing phase control has an outer cylinder wall 101 which is delimited by a head part 102 at its head-side free end and by a foot part 103 at its foot-side end.
  • the connection is made in the manner indicated in FIG. 2 by screwing the head 102 and foot 103 into the internal threads provided.
  • a corresponding seal 104, 105 is provided in each case.
  • an inner cylinder wall 106 is provided on the inside, the ends of which are in turn inserted tightly in the head part 102 or foot part 103.
  • the outer cylinder wall 101 and the inner cylinder wall 106 enclose an annular chamber 107.
  • a piston 113 carried by a piston rod 112 is provided on the inner cylinder wall 106.
  • the piston 113 with seals 114 separates the interior space in the cylinder into a head space side first space 115 and a foot space side second space 116.
  • a continuous cylinder section 165 is provided in the foot part 103 coaxially with the piston rod 112.
  • the cylinder section 165 has a first hollow cylinder 134 with a first diameter, which is connected at one end to the second space 116.
  • a ring 145 is arranged coaxially, which has an inner diameter that is smaller than the first diameter.
  • the cylinder section 165 further has a second hollow cylinder 135 with the first diameter, which is connected at one end to the outside.
  • the two hollow cylinders 134, 135 are connected via a bore 143.
  • the bore 143 has a diameter that is smaller than the first diameter.
  • the foot part 103 has a first channel 133, which connects the second hollow cylinder 135 to the annular chamber 107.
  • a rod 160 is provided concentrically in the cylinder section 165.
  • the rod 160 has a first section 161 with an external thread.
  • the external thread fits an internal thread provided in the second hollow cylinder 135.
  • the first section 161 of the rod 160 is adjoined by a second section 162, which has an outside diameter that is smaller than the inside diameter of the bore 143.
  • the second section 162 is followed by a conical end section 163 (FIG. 3).
  • a first annular piston 142 is provided within the first hollow cylinder 135.
  • the outer diameter of the first annular piston 142 is selected such that the first annular piston 142 can slide in the first hollow cylinder 165 in the axial direction, and the inner diameter of the first annular piston 142 is larger than the minimum diameter of the conical end section 163.
  • the ring 145 forms a stop for the first annular piston 142.
  • the first annular piston 142 is on the one hand on the annular projection formed by the bore 143 jump and on the other hand to the first annular piston 142 engaging first compression spring 144 in the manner shown in FIG. 2 biased into a basic position directed towards the head part 102.
  • the basic position is defined by the ring 145.
  • the angle of the conical end section 163 is preferably between 1 ° - 5 °;
  • the angle of the conical end section 163 is preferably chosen to be as small as possible and the length of the conical end section 163 is as long as possible.
  • the angle 2 ° and the length 10 mm are even more preferred.
  • the rod 160 By rotating the rod 160, the rod 160 is moved in the axial cylinder direction. This sets the maximum cross section of the first throttle duct 152.
  • a second channel 136 is provided in the foot part 103, which connects the annular chamber 107 to the second space 116.
  • a check valve 157 is arranged in the second channel.
  • the check valve 157 has a ball connected to a spring. The ball is pressed against an opening by the spring and closes the opening. The check valve 157 opens to the second space 116.
  • the piston rod 112 is guided to the outside via a bushing 108, which is provided in a coaxial bore in the head part 102, and has an eyelet at its free end for connection to a thigh part of a prosthesis.
  • the piston rod 112 is slidably supported in the bushing 108.
  • the first space 115 is sealed by seals 117.
  • a coaxial cylinder bore 118 is provided in the piston rod 112 and is conical in the section of the first piston 113.
  • the conical section of the cylinder bore 118 opens towards the foot part 103.
  • Bores 148 arranged spirally in the direction of the head part 102 are provided in the piston rod 112 (FIG. 3).
  • the first space 115 is thus connected to the second space 116 through the bores 148 and through the cylinder bore 118.
  • a first stop cylinder 146 with an external thread is provided within the cylinder bore 118.
  • the external thread fits an internal thread provided in the cylinder bore 118.
  • the first stop cylinder 146 has a rubber ring 158 at its end facing the foot part 103. At its other end, a hexagonal recess for a hex key is provided.
  • a second stop cylinder 147 is also provided.
  • the second stop cylinder 147 has a first section with an external thread. The external thread matches the internal thread of the first stop cylinder.
  • a second cylindrical section with a diameter adjoins the first section.
  • a circular stop plate 150 adjoins an end assigned to the second section of the second stop cylinder 147.
  • the plate plane of the stop plate 150 is arranged perpendicular to the axis of the cylinder and a diameter of the stop plate is larger than the diameter of the second section.
  • a slot for a screwdriver is provided at another end of the second stop cylinder.
  • a slide 121 designed as a hollow cylinder is slidably provided on the protruding section of the second stop cylinder 147.
  • the slider 121 has a first end and a second end.
  • the second end has a conical shape that matches the conical section of the cylinder bore 118.
  • a second throttle duct 151 is formed between the conical shape of the second end of the slide 121 and the conical section of the second cylinder bore 118 (see FIG. 3).
  • an upper Position of the slider 121 set. In the upper position, the cross section of the second throttle duct 151 is minimal.
  • a lower position of the slide 121 is defined by the second stop cylinder 147 with the stop plate 150 and the second end of the slide 121. In the lower position, the cross section of the second throttle duct 151 is at a maximum.
  • An opening 155 with a check valve 154 is arranged in the piston 113.
  • the opening 155 connects the first space 115 to the second cylinder bore 118.
  • the check valve 154 has a ball connected to a spring. The ball is pressed by the spring against the opening 155 and closes the opening.
  • the check valve 154 opens to the first space 115.
  • a second annular piston 109 slidably arranged in the annular chamber 107 i. .
  • This is prestressed in the manner shown in FIG. 2 into a basic position directed towards the foot part 103 via a pressure spring 110 acting on the one hand on the head part 102 and on the other hand on the second annular piston 109.
  • the additional volume of the immersed piston rod 112 is received in the annular chamber 107.
  • the foot part 103 has, in a known manner, bores (not shown here) extending perpendicular to the longitudinal axis for connection to a lower leg part of the prosthesis.
  • the head part 102 and the socket 108 have a closable third channel 166, which extends at one end into the first space 115 and which extends outwards at its other end.
  • the inside of the cylinder is filled with a hydraulic fluid.
  • the rod 160 is unscrewed from the foot part and is 166 at the other end of the third channel a vacuum pump connected. Then the hydraulic fluid is filled through the cylinder portion 165. The rod 160 is then screwed into the foot part 103 and the third channel 166 is closed.
  • FIG. 2 shows the position of the swing phase control, in which the knee joint is bent over a longer period of time and an equilibrium has been established.
  • the piston rod 112 is pulled outward in the opposite direction to the arrow 132 and the piston 113 is thus moved into its end position as far as the stop on the bushing 108.
  • the pressure in the first space 115 increases first, while the pressure in the second space 116 decreases. This has the consequence that the slide 121 moves in the direction of the foot part 103 until it is in the lower position.
  • the hydraulic fluid flows from the first space 115 through the bores 148 and through the first throttle channel 151 into the second space 116.
  • the bores 148 are covered in sequence by the bushing 108, as a result of which the flow resistance between the first room 115 and the second room 116 increased. This gently brakes the stretching movement until the leg is fully extended. Due to the check valve 157, no pressure difference can build up between the second space 116 and the annular chamber 107 and the cylinder section 165 during the stretching movement.
  • the piston 113 with the piston rod 112 is then moved downward again in the direction of the arrow 132. Since all bores 148 are covered by the bushing 108 at the beginning of the return movement, the check valve 154 initially opens and enables the return movement to begin. Now a considerable overpressure is formed in the second space 116 on the one hand and on the other hand the first ring piston 142 is pressed back against the first spring 144 and the second ring piston 109 against the second spring 110. Furthermore, the slide 121 becomes the upper one against the direction of movement Position moves, whereby the minimum cross section of the second throttle channel 151 is established.
  • the pressures in rooms 115 and 116 equalize via throttle channels 151, 152.
  • the pressure difference between the second space 116 and the cylinder section 165 and the annular chamber 107 is so great that the first annular piston 142 is moved against the first spring 144 in the direction of the foot part 103, so that the Cross section of the first throttle duct 152 is minimal or, with the appropriate setting by the rod 160, the first throttle duct 152 is completely closed. This suddenly creates an increased damping resistance.
  • the rod 160 By turning the rod 160, the rod 160 is moved in the axial cylinder direction and thus the maximum cross section of the first throttle channel 152 changes. This makes it possible to determine the immersion speed of the first piston 113, from which the damping changes noticeably.
  • the maximum and minimum cross section of the second throttle duct 151 is set by rotating the stop cylinders 146 and 147.
  • the slider 121 provided with its upper and lower position ensures that the forces which act differently in the flexion and extension of the knee joint are compensated for, and thus a uniform movement sequence is guaranteed.
  • the spirally arranged bores 148 ensure that the knee joint is gently braked when the extension is fully extended.

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Abstract

Es wird eine servohydraulische Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk geschaffen. Diese weist einen an seinem einen Ende mit einem Kopfteil (2) und an seinem anderen Ende mit einem Fußteil (3) verschlossenen Zylinder mit einem darin hin und der bewegbaren Kolben (13) auf. Damit eine bewegungsabhängige Steuerung erreicht wird, sind der durch den Kolben unterteilte erste und zweite Raum im Zylinder über einen Drosselkanal (18, 19, 20) verbunden, dessen Querschnitt über einen Schieber (21) in Abhängigkeit des in den beiden Räumen (15, 16) herrschenden Druckes einstellbar ist.

Description

Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk
Die Erfindung betrifft eine Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk mit einem an seinem einen Ende mit einem 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 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schwungphasensteuerung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die für extreme Geh¬ bedingungen geeignet ist und die bei allen Bedingungen einen angenehmen Bewegungsablauf ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Schwungphasensteuerung nach Pa¬ tentanspruch 1, 2 oder 3 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 Kolben gleitet im Inneren des von der inneren Zylinderwand begrenzten Zylinderraumes. In der Ringkammer gleitet ein in Richtung zu der Ausnehmung hin federvorgespannter Ringkolben. Dadurch wird erreicht, daß ein Volumenausgleich für die eintauchende Kolben¬ stange erfolgt und die Steuerung auf die unterschiedliche Bean¬ spruchung bei Beugung und Streckung des Knies so reagiert, daß ein natürlicher Bewegungsablauf erzielt wird. - 2
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran¬ sprüchen gekennzeichnet.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispieles
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles
Fig. 3 eine Ansicht eines vergrößerten Ausschnittes des zweiten Ausführungsbeispieles
Erstes Ausführungsbeispiel:
Wie in Fig.l gezeigt, umfaßt die Vorrichtung einen äußeren Zylindermantel 1, der an seinem kopfseitigen freien Ende von einem Kopfteil 2 und an seinem fußseitigen Ende von einem Fu߬ teil 3 begrenzt ist. Die Verbindung erfolgt in der in der Figur angedeuteten Weise jeweils durch Einschrauben von Kopf- und Fußteil in vorgesehene Innengewinde. Zusätzlich ist jeweils eine entsprechende Dichtung 4, 5 vorgesehen.
In einem Abstand von dem äußeren Zylindermantel ist im Inneren eine innere Zylinderwand 6 vorgesehen, die mit ihren Enden wie¬ derum 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 Zylin¬ derwand 6 Bohrungen 8 auf. In der Ringkammer ist ein Ringkolben 9 gleitend angeordnet. Dieser ist über eine einerseits am Kopf- teil 2 und andererseits an dem Ringkolben angreifende Druckfe¬ der 10 in der in der Figur gezeigten Weise in eine zu den Boh- rungen 8 hin gerichtete Grundstellung federvorgespannt. Im Inneren des von der inneren Zylinderwand 6 umschlossenen Zylin¬ ders ist ein von einer Kolbenstange 12 getragener Kolben 13 vorgesehen. Der Kolben 13 trennt mittels geeigneter Dichtungen 14 όsn 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 angren¬ zenden 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 Prothese 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 1 ersichtlich ist, weist die Kol¬ benstange 12 in dem Abschnitt des Kolbens und dem auf beiden Seiten 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 Drossel¬ kanal bilden. Im Inneren der Bohrung 18 ist ein Schieber 21 vorgesehen. Dieser weist eine Kolbenstange 22 auf, die nahe ihres einen Endes einen in der Bohrung 18 gleitenden ersten Kolben 23 und nahe ihres anderen Endes einen in der Bohrung 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 1 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 End¬ stellung zum Anschlag an das Kopfteil 2 bewegt. Dabei erhöht sich zunächst der Druck in dem ersten Raum 15, während sich der Druck im zweiten Raum 16 vermindert. Der Druck im ersten Vor¬ spannraum 27 wird nun größer als derjenige im zweiten Vorspann¬ raum 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 bil¬ det sich im zweiten Raum 16 einerseits ein erheblicher Über- druck 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 ruckar¬ tig, dann ist der Druckunterschied und damit der Druckunter¬ schied in dem ersten Vorspannraum 27 und zweiten Vorspannraum 28 so groß, daß der Schieber sich nach oben bewegt und zumin¬ dest 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 Streck¬ bewegung dann nach oben.
In der oben beschriebenen Weise wird also erreicht, daß bei un¬ terschiedlich 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.
Zweites Ausführungsbeispiel:
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Schwungphasensteuerung eine äußere Zylinderwand 101, die an ihrem kopfseitigen freien Ende von einem Kopfteil 102 und an ihrem fußseitigen Ende von einem Fußteil 103 begrenzet ist, auf. Die Verbindung erfolgt in der in der Figur 2 angedeuteten Weise jeweils durch Einschrau¬ ben von Kopf- 102 und Fußteil 103 in vorgesehene Innengewinde. Zusätzlich ist jeweils eine entsprechende Dichtung 104, 105 vorgesehen.
In einem Abstand von der äußeren Zylinderwand 101 ist im Inne¬ ren eine innere Zylinderwand 106 vorgesehen, die mit ihren Enden wiederum im Kopfteil 102 bzw. Fußteil 103 dicht einge¬ setzt ist. Die äußere Zylinderwand 101 und die innere Zylinder¬ wand 106 schließen eine Ringkammer 107 ein. Im Inneren des von der inneren Zylinderwand 106 umschlossenen Zylinders ist ein von einer Kolbenstange 112 getragener Kolben 113 vorgesehen. Der Kolben 113 mit Dichtungen 114 trennt den Innenraum in dem Zylinder in einen kopfteilseitigen ersten Raum 115 und einen fußteilseitigen zweiten Raum 116.
In dem Fußteil 103 ist koaxial zur Kolbenstange 112 ein durch¬ gehender Zylinderabschnitt 165 vorgesehen. Der Zylinderab¬ schnitt 165 weist einen ersten Hohlzylinder 134 mit einem ersten Durchmesser auf, der mit einem Ende mit dem zweiten Raum 116 verbunden ist. An dem Ende ist koaxial ein Ring 145 ange¬ ordnet, der einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner als der erste Durchmesser ist. Der Zylinderabschnitt 165 weist wei¬ ter einen zweiten Hohlzylinder 135 mit dem ersten Durchmesser auf, der mit einem Ende mit Außen verbunden ist. Die beiden Hohlzylinder 134, 135 sind über eine Bohrung 143 verbunden. Die Bohrung 143 weist einen Durchmesser auf der kleiner als der erste Durchmesser ist. Das Fußteil 103 weist einen ersten Kanal 133 auf, der den zweiten Hohlzylinder 135 mit der Ringkammer 107 verbindet.
In dem Zylinderabschnitt 165 ist eine Stange 160 konzentrisch vorgesehen. Die Stange 160 weist einen ersten Abschnitt 161 mit einem Außengewinde auf. Das Außengewinde paßt zu einem in dem zweiten Hohlzylinder 135 vorgesehenen Innengewinde. An den ersten Abschnitt 161 der Stange 160 schließt ein zweiter Abschnitt 162 an, der einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser der Bohrung 143 ist. An den zweiten Abschnitt 162 schließt ein konischer Endabschnitt 163 an (Fig. 3) . Innerhalb des ersten Hohlzylinders 135 ist ein erster Ringkolben 142 vorgesehen. Der Außendurchmesser des ersten Ringkolbens 142 ist so gewählt, daß der erste Ringkolben 142 in dem ersten Hohlzylinder 165 in axialer Richtung gleiten kann, und der Innendurchmesser des ersten Ringkolbens 142 ist größer als der minimale Durchmesser des konischen Endabschnit¬ tes 163. Der Ring 145 bildet einen Anschlag für den ersten Ringkolben 142. Der erste Ringkolben 142 ist über eine einer¬ seits an dem durch die Bohrung 143 gebildeten ringförmigen Vor- sprung und andererseits an dem ersten Ringkolben 142 angrei¬ fende ersten Druckfeder 144 in der in der Figur 2 gezeigten Weise in eine zu dem Kopfteil 102 hin gerichtete Grundstellung vorgespannt. Die Grundstellung wird durch den Ring 145 festge¬ legt. Zwischen dem Ringkolben 142 und dem konischen Endab¬ schnitt 163 ist ein erster Drosselkanal 152. In der Grundstel¬ lung weist der erste Drosselkanal seinen maximalen Querschnitt auf.
Der Winkel des konischen Endabschnittes 163 ist bevorzugt zwischen 1° - 5°; Der Winkel des konischen Endabschnittes 163 wird bevorzugt möglichst klein gewählt und die Länge des koni¬ schen Endabschnittes 163 möglichst lang. Noch bevorzugter ist der Winkel 2° und die Länge 10mm.
Durch Drehen der Stange 160 wird die Stange 160 in axialer Zylinderrichtung bewegt. Dadurch wird der maximale Querschnitt des ersten Drosselkanals 152 eingestellt.
Weiterhin ist in dem Fußteil 103 ein zweiter Kanal 136 vorgese¬ hen, der die Ringkammer 107 mit dem zweiten Raum 116 verbindet. In dem zweiten Kanal ist ein Rückschlagventil 157 angeordnet. Das Rückschlagventil 157 weist eine mit einer Feder verbundene Kugel auf. Die Kugel wird durch die Feder gegen eine Öffnung gedrückt und verschließt die Öffnung. Das Rückschlagventil 157 öffnet sich zu dem zweiten Raum 116 hin.
Die Kolbenstange 112 ist über eine Buchse 108, die in einer koaxiale Bohrung in dem Kopf eil 102 vorgesehen ist, nach außen geführt und weist an ihrem freien Ende eine Öse zum Verbinden mit einem Oberschenkelteil einer Prothese auf. Die Kolbenstange 112 ist in der Buchse 108 gleitend gelagert. Durch Dichtungen 117 erfolgt eine Abdichtung des ersten Raumes 115. In der Kol¬ benstange 112 ist eine koaxiale Zylinderbohrung 118 vorgesehen, die in dem Abschnitt des ersten Kolbens 113 konisch ausgebildet ist. Der konische Abschnitt der Zylinderbohrung 118 öffnet sich in Richtung zu dem Fußteil 103.
In der Kolbenstange 112 sind in Richtung zu dem Kopfteil 102 spiralförmig angeordnete Bohrungen 148 vorgesehen (Fig. 3) . Damit wird der erste Raum 115 durch die Bohrungen 148 und durch die Zylinderbohrung 118 mit dem zweiten Raum 116 verbunden. Innerhalb der Zylinderbohrung 118 ist ein erster Anschlagzylin¬ der 146 mit einem Außengewinde vorgesehen. Das Außengewinde paßt zu einem in der Zylinderbohrung 118 vorgesehenen Innenge¬ winde. Der erste Anschlagzylinder 146 weist an seinem dem Fu߬ teil 103 zugewandten Ende einen Gummiring 158 auf. An seinem anderen Ende ist eine sechskantförmige Ausnehmung für einen Sechskantschlüssel vorgesehen. In dem ersten Anschlagzylinder
146 ist eine koaxiale Bohrung 149 mit einem Innengewinde vorge¬ sehen.
Weiter ist ein zweiter Anschlagzylinder 147 vorgesehen. Der zweite Anschlagzylinder 147 weist einen ersten Abschnitt mit einem Außengewinde auf. Das Außengewinde paßt zu dem Innenge¬ winde des ersten Anschlagzylinders. An den ersten Abschnitt schließt ein zweiter zylinderförmiger Abschnitt mit einem Durchmesser an. An einem dem zweiten Abschnitt des zweiten Anschlagzylinders 147 zugeordneten Ende schließt eine kreisför¬ mige Anschlagplatte 150 an. Die Plattenebene der Anschlagplatte 150 ist senkrecht zur Achse des Zylinders angeordnet und ein Durchmesser der Anschlagplatte ist größer als der Durchmesser des zweiten Abschnittes. An einem anderen Ende des zweiten Anschlagzylinders ist ein Schlitz für einen Schraubendreher vorgesehen. Der erste Abschnitt des zweiten Anschlagzylinders
147 ist in den ersten Anschlagzylinder eingeschraubt. Der her¬ ausstehende zweite Abschnitt des zweiten Anschlagzylinders weist zu dem Fußteil 103 hin.
Ein als Hohlzylinder ausgebildeter Schieber 121 ist auf dem herausstehenden Abschnitt des zweiten Anschlagzylinders 147 gleitend vorgesehen. Der Schieber 121 weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das zweite Ende weist einen zu dem koni¬ schen Abschnitt der Zylinderbohrung 118 passenden konische Ver¬ lauf auf. Zwischen dem konischen Verlauf des zweiten Endes des Schiebers 121 und dem konischen Abschnitt der zweiten Zylinder¬ bohrung 118 ist ein zweiter Drosselkanal 151 gebildet (siehe Fig. 3) . Durch den ersten Anschlagzylinder 146 mit dem Gummi¬ ring 158 und dem ersten Ende des Schiebers 121 wird eine obere Position des Schiebers 121 festgelegt. In der oberen Position ist der Querschnitt des zweiten Drosselkanals 151 minimal. Durch den zweiten Anschlagzylinder 147 mit der Anschlagplatte 150 und dem zweiten Ende des Schiebers 121 wird eine untere Position des Schiebers 121 festgelegt. In der unteren Position ist der Querschnitt des zweiten Drosselkanals 151 maximal.
In dem Kolben 113 ist eine Öffnung 155 mit einem Rückschlagven¬ til 154 angeordnet. Die Öffnung 155 verbindet den ersten Raum 115 mit der zweiten Zylinderbohrung 118. Das Rückschlagventil 154 weist eine mit einer Feder verbundene Kugel auf. Die Kugel wird durch die Feder gegen die Öffnung 155 gedrückt und ver¬ schließt die Öffnung. Das Rückschlagventil 154 öffnet sich zu dem ersten Raum 115 hin.
In der Ringkammer 107 i. , ein zweiter Ringkolben 109 gleitend angeordnet. Dieser ist über eine einerseits am Kopfteil 102 und andererseits an dem zweiten Ringkolben 109 angreifende Druckfe¬ der 110 in der in der Figur 2 gezeigten Weise in eine zu dem Fußteil 103 hin gerichtete Grundstellung vorgespannt. In der Ringkammer 107 wird das zusätzlich eingebrachte Volumen der eingetauchten Kolbenstange 112 aufgenommen.
Das Fußteil 103 weist in bekannter Weise sich senkrecht zur Längsachse erstreckende Bohrungen (hier nicht gezeigt) zur Ver¬ bindung mit einem Unterschenkelteil der Prothese auf.
Das Kopfteil 102 und die Buchse 108 weisen einen verschließba¬ ren dritten Kanal 166 auf, der mit seinem einen Ende sich in den ersten Raum 115 erstreckt und der mit seinem anderen Ende sich nach außen erstreckt.
Im folgenden wird der Betrieb der Schwungphasensteuerung beschrieben:
Das Zylinderinnere wird mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt. Dazu wird die Stange 160 aus dem Fußteil herausge¬ schraubt und an dem anderen Ende des dritten Kanals 166 wird eine Vakuumpumpe angeschlossen. Dann wird die hydraulische Flüssigkeit durch den Zylinderabschnitt 165 eingefüllt. Danach wird die Stange 160 in das Fußteil 103 eingeschraubt und der dritte Kanal 166 verschlossen.
Die Figur 2 zeigt die Stellung der Schwungphasensteuerung, in der das Kniegelenk über einen längeren Zeitraum gebeugt ist und sich ein Gleichgewicht eingestellt hat. Bei einer jetzt folgen¬ den Streckung wird die Kolbenstange 112 entgegengesetzt zu der Richtung des Pfeiles 132 nach außen gezogen und damit der Kol¬ ben 113 bis in seine Endstellung zum Anschlag an die Buchse 108 bewegt. Dabei erhöht sich zuerst der Druck in dem ersten Raum 115, während sich der Druck in dem zweiten Raum 116 vermindert. Dies hat zur Folge, daß der Schieber 121 sich in Richtung zum Fußteil 103 hin bewegt, bis er sich in der unteren Position be¬ findet. Bei der Streckung fließt die Hydraulikflüssigkeit von dem ersten Raum 115 durch die Bohrungen 148 und durch den ersten Drosselkanal 151 in den zweiten Raum 116. Als Folge der Bewegung werden die Bohrungen 148 der Reihe nach durch die Buchse 108 abgedeckt, wodurch sich der Strömungswiderstand zwischen dem ersten Raum 115 und dem zweiten Raum 116 erhöht. Damit wird ein sanftes Abbremsen der Streckbewegung bis zum vollständigen Durchstrecken des Beines erreicht. Durch das Rückschlagventil 157 kann sich bei der Streckbewegung kein Druckunterschied zwischen dem zweiten Raum 116 und der Ring¬ kammer 107 sowie dem Zylinderabschnitt 165 aufbauen.
Bei seiner Rückbewegung aus der gestreckten Stellung in die gewinkelte Stellung wird der Kolben 113 mit der Kolbenstange 112 dann in Richtung des Pfeiles 132 wieder nach unten bewegt. Da zu Beginn der Rückbewegung alle Bohrungen 148 durch die Buchse 108 abgedeckt sind, öffnet sich anfänglich das Rück¬ schlagventil 154 und ermöglicht den Beginn der Rückbewegung. Jetzt bildet sich im zweiten Raum 116 einerseits ein erhebli¬ cher Überdruck und andererseits werden der erste Ringkolben 142 entgegen der ersten Feder 144 und der zweite Ringkolben 109 entgegen der zweiten Feder 110 zurückgedrückt. Weiterhin wird der Schieber 121 entgegen der Bewegungsrichtung zu der oberen Position bewegt, wodurch sich der minimale Querschnitt des zweiten Drosselkanales 151 einstellt. Erfolgt die Bewegung langsam, gleichen sich die Drücke in den Räumen 115 und 116 über die Drosselkanäle 151, 152 aus. Erfolgt die Bewegung aber schnell oder ruckartig, ist der Druckunterschied zwischen dem zweiten Raum 116 und dem Zylinderabschnitt 165 sowie der Ring¬ kammer 107 so groß, daß der erste Ringkolben 142 entgegen der ersten Feder 144 in Richtung des Fußteiles 103 bewegt wird, so daß der Querschnitt des ersten Drosselkanales 152 minimal wird oder, bei entsprechender Einstellung durch die Stange 160, der erste Drosselkanal 152 ganz geschlossen wird. Damit wird schlagartig ein vergrößerter Dämpfungswiderstand aufgebaut.
Die Kraft des im zweiten Raum 116 komprimierten Mediums, unter¬ stützt durch die Kraft der zusammengedrückten Federn 110, 144 der Ringkolben 109, 142, drückt den ersten Kolben 113 bei der anschließenden Streckbewegung dann nach oben.
Durch Drehen der Stange 160 wird die Stange 160 in axialer Zylinderrichtung bewegt und damit ändert sich der maximale Querschnitt des ersten Drosselkanals 152. Dadurch wird es möglich die Eintauchgeschwindigkeit des ersten Kolbens 113 zu bestimmen ab der sich die Dämpfung merklich ändert. Durch Drehen der Anschlagzylinder 146 und 147 wird der maximale und minimale Querschnitt des zweiten Drosselkanals 151 eingestellt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird erreicht, daß bei unterschiedlich schnellen Flexionsbewegungen des Kniegelen¬ kes eine unterschiedlich große Dämpfung wirksam wird. Weiterhin wird durch den vorgesehenen Schieber 121 mit seiner oberen und unteren Position erreicht, daß die bei der Flexion und der Extension des Kniegelenkes unterschiedlich groß wirkenden Kräfte ausgeglichen werden, und damit ein gleichmäßiger Bewe¬ gungsablauf garantiert ist. Außerdem wird durch die spiralför¬ mig angeordneten Bohrungen 148 erreicht, daß das Kniegelenk bei der Extension sanft beim Erreichen der vollständigen Streckung abgebremst wird. Durch die einstellbaren Querschnitte der Dros- selkanäle ist eine individuelle Einstellung der Schwungphasen¬ steuerung an den jeweiligen Träger des künstlichen Kniegelenkes möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk mit einem an seinem einen Ende mit einem Kopfteil (2) und an seinem anderen Ende mit einem Fußteil (3) verschlossenen Zylinder so¬ wie einem in diesem in axialer Richtung hin und her bewegbaren Kolben (13) mit einer durch eine Bohrung im Kopfteil (2) nach außen geführten Kolbenstange (12) zum Verbinden mit einem Ober¬ schenkelteil einer Prothese und einem durch den Kolben (13) be¬ grenzten kopfteilseitigen ersten Raum (15) und einen fußteil- seitigen 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 Drosselkana¬ les in Abhängigkeit des in den beiden Räumen (15, 16) herr¬ schenden Druckes.
2. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk mit einem an seinem einen Ende mit einem Kopfteil (102) und an seinem anderen Ende mit einem Fußteil (103) verschlossenen Zylinder sowie einem in dem Zylinder in axialer Richtung hin- und herbewegbaren ersten Kolben (113) mit einer durch eine Boh¬ rung im Kopfteil (102) nach außen geführten ersten Kolbenstange (112) zum Verbinden mit einem Oberschenkelteil einer Prothese und einem durch den ersten Kolben begrenzten kopfteilseitigen ersten Raum (115) und einem fußteilseitigen zweiten Raum (116) , mit einem den ersten und zweiten Raum (115, 116) verbindenden Drosselkanal, dessen Strömungswiderstand in Abhängigkeit der Position der Kolbenstange (113) in axialer Richtung eingestellt wird.
3. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk mit einem an seinem einen Ende mit einem Kopfteil (102) und an seinem anderen Ende mit einem Fußteil (103) verschlossenen Zylinder sowie einem in dem Zylinder in axialer Richtung hin- und herbewegbaren Kolben (113) mit einer durch eine Bohrung im Kopfteil (102) nach außen geführten Kolbenstange (112) zum Ver¬ binden mit einem Oberschenkelteil einer Prothese und einem durch den Kolben (113) begrenzten kopfseitigen ersten Raum
(115) und einem fußseitigen zweiten Raum (116) , wobei der zweite Raum (116) einen an den Kolben (113) angrenzenden ersten Bereich (137) und einen durch einen Drosselkanal (152) und einen Schieber mit dem ersten Bereich (137) verbundenen zweiten Bereich (138) aufweist, und der Schieber in Abhängig¬ keit des in beiden Bereichen herrschenden Druckes den Quer¬ schnitt des Drosselkanales (152) einstellt.
4. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (152) im Fußteil (103) vorgesehen ist und als Zylinderabschnitt (135) mit einem ersten Hohlzylinder (134) mit einem ersten Durchmes¬ ser, in der koaxial eine Stange (160) mit einem konisch verlau¬ fenden Endabschnitt (153) vorgesehen ist, ausgestaltet ist und daß in dem ersten Hohlzylinder (134) ein erster Ringkolben (142) , der den Schieber bildet, vorgesehen ist, dessen Außen¬ durchmesser so gewählt ist, daß der Schieber in axialer Rich¬ tung in dem ersten Hohlzylinder gleiten kann, und dessen Innen¬ durchmesser größer als der minimale Außendurchmesser des ko¬ nisch verlaufenden Endabschnittes (163) der Stange (160) ist.
5. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder eine äußere Zylinderwand (101) aufweist, daß in einem Abstand von der äußeren Zylinderwand (101) eine innere Zylinderwand (106) zum Bilden des zweiten Bereiches (138) des zweiten Raumes
(116) vorgesehen ist, in dem ein zweiter Ringkolben (109) vor¬ gesehen ist, der zum Fußteil (103) hin durch eine Feder (10) vorgespannt ist, und daß der Kolben (113) im Inneren des von der inneren Zylinderwand (106) begrenzten Zylinderraumes glei¬ tet.
6. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal im In¬ neren der Kolbenstange (12) vorgesehen ist.
7. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Drosselkanal in der Kolbenstange (112) eine erste Bohrung (118) , deren eines Ende sich in den zweiten Raum (116) erstreckt und eine Mehrzahl von Bohrungen (148) in der Kolbenstange (112) in axialer Zylinder¬ richtung aufeinanderfolgend vorgesehen sind, die die erste Boh¬ rung (118) mit dem ersten Raum (115) verbinden und daß die Boh¬ rungen (148) so angeordnet sind, daß bei der Kolbenstangenposi¬ tion in axialer Richtung, bei der der erste Raum (115) sein minimales Volumen aufweist, wenigstens eine Bohrung (148) durch das Kopfteil (102) abgedeckt ist.
8. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal im Inneren der Kolbenstange (12) vorgesehen ist und als Zylinder¬ bohrung (18) ausgestaltet ist und daß der Schieber (21) einen ersten Kolben (23) umfaßt, der auf seiner einen Seite den Dros¬ selkanal (18) und auf seiner anderen Seite einen ersten Vor¬ spannraum (27) begrenzt, und daß der erste Kolben (23) eine Kolbenstange (22) umfaßt und diese in einem Abstand von dem ersten Kolben (23) einen zweiten Kolben (24) trägt, der auf seiner dem ersten Kolben (23) zuge¬ wandten Seite den Drosselkanal und auf seiner anderen Seite einen zweiten Vorspannraύm (28) begrenzt.
9. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach einem der Ansprüche 1, 6 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, und daß in der Ringkammer (7) ein zu der Richtung der Ausnehmung (8) hin federvorgespannter Ringkolben (9) vorgesehen ist.
10. Schwungphasensteuerung für ein künstliches Kniegelenk nach einem der Ansprüche 2, 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (151) als zweite Zylinderbohrung (118) in der Kolbenstange (112) mit einem konischen Abschnitt und ein zweiter Schieber (121) als Hohlzylinder mit einem konisch ver¬ laufenden Ende vorgesehen ist, der mit dem konisch verlaufenden Ende den Drosselkanal (151) in dem konischen Abschnitt der zweiten Zylinderbohrung (118) begrenzt.
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