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Künstliches Kniegelenk
Die Erfindung betrifft ein künstliches Kniegelenk jener bekannten Art, dessen beide Teile mittels federnder Zugglieder miteinander verbunden sind und einander an mindestens zwei gesonderten, in der Beugungsrichtung nebeneinander liegenden, längs- und quergewölbten Abwälzflächen berühren, wobei die Abwälzflächen des Oberschenkelteiles die Form eines gekrümmten Wulstes und jene des Unterschenkelteiles die Form einer entsprechend gekrümmten Rinne besitzen. Die Funktion eines solchen Gelenkes kommt der Funktion der Gelenksflächen von Kniegelenken, Sprunggelenken und Armgelenken des menschlichen Körpers nahe.
An Stelle der, die Gelenkskapsel umschliessenden, elastischen Gelenksbänder des menschlichen Körpers sind die die Gelenksteile verbindenden unter Federwirkung stehenden Verbindungselemente vorgesehen, welche die Abwälzbahnen im Eingriff halten.
Bei den bekannten künstlichen Kniegelenken dieser Bauart befinden sich federnde Zugglieder für die Verbindung des Ober- und Unterschenkelteiles an der Aussenseite, setzen sich in einander kreuzenden Bohrungen des Oberschenkelteiles fort und sind darin verankert, oder es sind ein oder mehrere feste Zugglieder am Oberschenkelteil als Gelenkbolzen befestigt, die in eine Höhlung des Unterschenkelteiles einragen und über darin angebrachte Federn an den Unterschenkelteil anschliessen.
Demgegenüber ist die Anordnung nach der Erfindung in der Weise getroffen, dass zwischen den Abwälzflächen ein Hohlraum vorgesehen ist, in welchem zur Verbindung der Gelenksteile zwei in Beugungsrichtung nebeneinander liegende, federnde Verbindungsglieder mit einstellbarem Federweg angeordnet sind, die mit ihren Endpunkten gelenkig am Oberschenkelteil und Unterschenkelteil derart befestigt sind, dass sie sich räumlich kreuzen.
Ein solches Gelenk besitzt gegenüber den erwähnten ähnlichen Kniegelenken den Vorteil, dass es nur die zwei gekreuzten innen liegenden federnden Verbindungsglieder benötigt, um alle Bewegungen ausführen zu können, die man von einem solchen Kniegelenk erwartet. Das Fehlen eines Achsgelenkes bewirkt eine gewisse Gelöstheit der Bewegung. Die sich zwischen den Abwälzflächen kreuzenden Verbindungsglieder ermöglichen ein beliebig rasches, vom Hüftgelenk heraus bewirktes Gehen, das weitgehend dem natürlichen Gehen entspricht, da man die Hüfte nicht mitschwingen muss.
Vorzugsweise bestehen die federnden Verbindungsglieder aus auf Druck beanspruchten Schraubenfedern, die sich gegen Gummipuffer abstützen, wobei die zur Begrenzung des Federweges dienenden Anschläge vorzugsweise mittels Schraubverbindungen einstellbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Fig. l zeigt einen parallel zur Beugungsrichtung geführten Mittelschnitt durch ein künstliches Kniegelenk, die Fig. 2 einen quer zur Beugungsrichtung geführten Mittelschnitt durch dieses Kniegelenk und die Fig. 3 einen Mittelschnitt durch das Kniegelenk nach Fig. l im abgebogenen Zustand.
Der Oberschenkelteil 1 des künstlichen Kniegelenkes nach Fig. l besitzt ein gabelförmiges Ende, welches wulstförmig gekrümmte Wälzflächen 2 aufweist. Die wulstförmigen Wälzflächen stehen mit rin- nenförmigen Wälzflächen 3 des Unterschenkelteiles 4 im Eingriff. Die erhabenen Ränder 5 der rinnenförmigen Wälzflächen verhindern ein seitliches Ausweichen der wulstförmigen Wälzflächen. Im Hohlraum 6 zwischen dem gabelförmigen Ende des Oberschenkelteiles 1 und dem Unterschenkelteil 4 sind Verbindungsglieder 8 vorgesehen, welche kreuzweise nebeneinander angeordnet mit ihren Endpunkten 9 gelenkig am Oberschenkelteil 1 und Unterschenkelteil 4 befestigt sind.
Zur Befestigung der Verbindungselemente 8 dienen Lageraugen 11 und 12, welche mit den Gelenksteilen verschraubt sind und die innerhalb der Verbindungselemente wirkenden Kräfte vom Oberschenkelteil l auf den Unterschenkelteil 4 oder umgekehrt übertragen.
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Wird das Gelenk gebeugt, so ändert sich der Abstand zwischen den Endpunkten 9 der Verbindungsglieder 8 ; es muss daher die Länge der Verbindungsglieder veränderlich sein. Aus diesem Grunde bestehen die Verbindungsglieder aus mehreren Teilen, welche teleskopartig ineinander sitzen und unter Zwischenlage der Schraubenfeder 14 und der Gummipuffer 15 gegeneinander verspannt sind. Die Länge der Gummipuffer wird so gewählt, dass, sobald die Gänge der Schraubenfeder 14 aufeinander aufsitzen eine weitere Federung durch die Gummipuffer gewährleistet ist und somit innerhalb der Verbindungsglieder keine schlagartige Spannungsvergrösserung eintreten kann. Zur Einstellung der Federung dient eine Verschraubung 17, während zur Einstellung der kürzesten Länge der Verbindungsglieder 8 eine Verschraubung 18 vorgesehen ist.
Mittels der Verschraubung 18 wird der Anschlag 19 eingestellt, welcher wie die Kniescheibe bzw. der Ellbogenfortsatz zur Bewegungsbegrenzung des künstlichen Gelenkes dient. Eine Federung des Anschlages 19 ist bei dem in der Fig. l dargestellten Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, da in der gezeichneten Lage die unrund bogenförmig verlaufenden Abwälzflächen 2 und 3 in ihrer ganzen Länge im Eingriff stehen, wodurch eine weitere Verdrehung abgebremst wird.
Beim Beugen des Kniegelenkes in die in der Fig. 3 dargestellten Lage rollen die Abwälzbahnen 2 und 3 vorerst aneinander ab und gleiten anschliessend aneinander. Die Endpunkte 9 nehmen zueinander eine andere Lage ein. Die Federungen innerhalb der Verbindungsglieder 9 werden gespannt und erzeugen an den Wälzflächen 2 und 3 eine entsprechende Reibung, welche bewirkt, dass sich die Lage des Unterschenkelteiles 4 zum Oberschenkelteil l infolge der Federspannung im Verbindungsglied 8'nicht ändert.
Wird das Kniegelenk aus der in der Fig. 3 dargestellten Lage wieder in die in Fig. l dargestellte Lage
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bringen trachtet und die Federspannung im Verbindungsglied 8" den Oberschenkelteil 1 der entstehenden Reibung entgegenwirkt.
Es ist aus Schmierungsgründen von Vorteil, die wulstförmigen Wälzflächen 2 und 2'am Oberschenkelteil anzubringen, doch ist es auch möglich, die Anordnung in der umgekehrten Art zu treffen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Künstliches Kniegelenk, dessen beide Teile mittels federnder Zugglieder miteinander verbunden sind und einander an mindestens zwei gesonderten, in der Beugungsrichtung nebeneinander liegenden längs- und quergewölbten Abwälzflächen berühren, wobei die Abwälzflächen des Oberschenkelteiles die Form eines gekrümmten Wulstes und jene des Unterschenkelteiles die Form einer entsprechend gekrümmten Rinne besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Abwälzflächen (2, 3) ein Hohlraum (6) vorgesehen ist, in welchem zur Verbindung der Gelenksteile (1, 4) zwei in Beugungsrichtung nebeneinander liegende, federnde Verbindungsglieder (8) mit einstellbarem Federweg angeordnet sind, die mit ihrem Endpunkten (9) gelenkig am Oberschenkelteil (1) und Unterschenkelteil (4)
derart befestigt sind, dass sie sich räumlich kreuzen.
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Artificial knee joint
The invention relates to an artificial knee joint of the known type, the two parts of which are connected to one another by means of resilient tension members and touch one another on at least two separate, longitudinally and transversely curved rolling surfaces lying next to one another in the direction of flexion, the rolling surfaces of the thigh part having the shape of a curved bead and those of the lower leg part have the shape of a correspondingly curved groove. The function of such a joint comes close to the function of the articular surfaces of knee joints, ankle joints and arm joints in the human body.
Instead of the elastic joint ligaments of the human body that surround the joint capsule, the spring-action connecting elements connecting the joint parts are provided, which keep the rolling paths in engagement.
In the known artificial knee joints of this type there are resilient tension members for the connection of the upper and lower leg parts on the outside, continue in intersecting holes in the thigh part and are anchored therein, or one or more fixed tension members are attached to the thigh part as hinge pins which protrude into a cavity of the lower leg part and connect to the lower leg part via springs attached therein.
In contrast, the arrangement according to the invention is made in such a way that a cavity is provided between the rolling surfaces, in which two resilient connecting members are arranged next to each other in the direction of flexion with adjustable spring travel to connect the joint parts, the end points of which are articulated on the thigh part and lower leg part are attached in such a way that they spatially cross each other.
Such a joint has the advantage over the mentioned similar knee joints that it only requires the two crossed inner resilient connecting members in order to be able to carry out all the movements that are expected of such a knee joint. The lack of a pivot joint causes a certain ease of movement. The connecting links that cross between the rolling surfaces allow walking at any speed, brought about from the hip joint, which largely corresponds to natural walking, since the hip does not have to be swung along.
The resilient connecting members preferably consist of helical springs which are subjected to compression and which are supported against rubber buffers, with the stops serving to limit the spring deflection preferably being adjustable by means of screw connections.
An embodiment of the invention is shown in the drawing. FIG. 1 shows a center section through an artificial knee joint, parallel to the direction of flexion, FIG. 2 shows a center section through this knee joint perpendicular to the direction of flexion, and FIG. 3 shows a center section through the knee joint according to FIG. 1 in the bent state.
The thigh part 1 of the artificial knee joint according to FIG. 1 has a fork-shaped end which has rolling surfaces 2 curved in the shape of a bead. The bead-shaped rolling surfaces are in engagement with groove-shaped rolling surfaces 3 of the lower leg part 4. The raised edges 5 of the groove-shaped rolling surfaces prevent the bead-shaped rolling surfaces from giving way to the side. In the cavity 6 between the fork-shaped end of the thigh part 1 and the lower leg part 4, connecting members 8 are provided which are arranged crosswise next to one another with their end points 9 and are articulated to the thigh part 1 and lower leg part 4.
To fasten the connecting elements 8, bearing eyes 11 and 12 are used, which are screwed to the joint parts and transfer the forces acting within the connecting elements from the thigh part 1 to the lower leg part 4 or vice versa.
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If the joint is bent, the distance between the end points 9 of the connecting links 8 changes; the length of the connecting links must therefore be variable. For this reason, the connecting links consist of several parts which sit telescopically one inside the other and are braced against one another with the interposition of the helical spring 14 and the rubber buffer 15. The length of the rubber buffers is chosen so that, as soon as the gears of the helical spring 14 sit on top of one another, further resilience is ensured by the rubber buffers and thus no sudden increase in tension can occur within the connecting links. A screw connection 17 is used to adjust the suspension, while a screw connection 18 is provided to adjust the shortest length of the connecting links 8.
The stop 19, which, like the kneecap or the elbow process, serves to limit the movement of the artificial joint, is adjusted by means of the screw connection 18. A suspension of the stop 19 is not required in the embodiment shown in FIG. 1, since in the position shown the non-circular arcuate rolling surfaces 2 and 3 are engaged in their entire length, whereby further rotation is slowed down.
When the knee joint is bent into the position shown in FIG. 3, the rolling paths 2 and 3 initially roll against one another and then slide against one another. The end points 9 assume a different position to one another. The springs within the connecting links 9 are tensioned and generate a corresponding friction on the rolling surfaces 2 and 3, which means that the position of the lower leg part 4 relative to the thigh part 1 does not change as a result of the spring tension in the connecting link 8 ′.
If the knee joint moves from the position shown in FIG. 3 back into the position shown in FIG
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seek to bring and the spring tension in the connecting link 8 ″ counteracts the thigh part 1 of the resulting friction.
For reasons of lubrication it is advantageous to attach the bead-shaped rolling surfaces 2 and 2 'to the thigh part, but it is also possible to arrange the arrangement in the opposite way.
PATENT CLAIMS:
1. Artificial knee joint, the two parts of which are connected to one another by means of resilient tension members and touch one another on at least two separate longitudinal and transversely curved rolling surfaces lying next to one another in the direction of flexion, the rolling surfaces of the thigh part having the shape of a curved bead and those of the lower leg part the shape of a have a correspondingly curved channel, characterized in that a cavity (6) is provided between the rolling surfaces (2, 3), in which two resilient connecting members (8) with adjustable spring deflection lying next to one another in the direction of flexion are used to connect the joint parts (1, 4) are arranged with their end points (9) articulated on the thigh part (1) and lower leg part (4)
are attached in such a way that they spatially cross each other.