DE10049714A1 - Fußeinsatz für einen Kunstfuß - Google Patents
Fußeinsatz für einen KunstfußInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen federelastischen Fußeinsatz für einen Kunstfuß. Erfindungsgemäß besteht dieser Fußeinsatz aus zumindest zwei miteinander verbundenen Federn (1, 2), die - in unbelastetem Zustand - zusammen in Seitenansicht einen etwa dreiecksförmigen Einfederraum (3) umschließen, wobei die obere, etwa dachförmig ausgebildete Feder (1) im Dachspitzenbereich einen Adapteranschluss (4) und hiervon ausgehend einen konkav nach unten durchgebogenen, sich bis in den Fersenbereich (5) erstreckenden Fersenschenkel (nachfolgend "Fersenfeder 6") sowie einen konkav nach unten durchgebogenen, sich bis in den Vorfußbereich (7) erstreckenden Vorfußschenkel (nachfolgend "Vorfußfeder 8") aufweist, deren freien Schenkelenden (6a, 8a) mit einer separaten, den Einfederraum (3) nach unten begrenzenden Basisfeder (2) verbunden sind.
Description
Die Erfindung betrifft einen federelastischen Fußeinsatz für einen Kunstfuß.
Ein gelenkloser Prothesenfuß mit einem die Prothesenbelastungen aufnehmenden
und übertragenden federelastischen Fußeinsatz ist z. B. in der DE 40 37 928 A1
und der EP 0 648 479 A1 offenbart. Elastische Fußeinsätze zeigen auch die US-
Patentschriften 4 959 073, 5 549 711 und 5 800 570.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen federelastischen Fußeinsatz für
einen Prothesenfuß zu entwickeln, der einen progressiven
Knöchelmomentenverlauf aufweist, energiespeichernd wirkt und eine elastische
ML(Medial/Lateral)-Beweglichkeit zulässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen federelastischen
Fußeinsatz für einen Kunstfuß, bestehend aus zumindest zwei miteinander ver
bundenen Federn, die - in unbelastetem Zustand - zusammen in Seitenansicht
einen etwa dreiecksförmigen Einfederraum umschließen, wobei die obere, etwa
dachförmig ausgebildete Feder im Dachspitzenbereich einen Adapteranschluss
und hiervon ausgehend einen konkav nach unten durchgebogenen, sich bis in
den Fersenbereich erstreckenden Fersenschenkel (nachfolgend "Fersenfeder")
sowie einen konkav nach unten durchgebogenen, sich bis in den Vorfußbereich
erstreckenden Vorfußschenkel (nachfolgend "Vorfußfeder") aufweist, deren frei
en Schenkelenden mit einer separaten, den Einfederraum nach unten begrenzen
den Basisfeder verbunden sind.
Dabei ist dieser Fußeinsatz erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine solche
Auslegung der Vorfußfeder und Basisfeder in Form und Elastizität, dass bei zu
nehmender Belastung im Vorfußbereich es in diesem Bereich zu einer sukzessi
ven Anlage der Vorfuß- und Basisfeder aneinander kommt. Die Vorfußfeder be
wirkt durch diese sukzessive Anlage an die Basisfeder einen progressiven Knö
chelmomentenverlauf. Dabei wird zu Beginn der Vorfußbelastung die Kraft zu
nächst im Ballenbereich eingeleitet, wodurch die Basisfeder zwischen Fersen-
und Vorfußfeder gelagert wird und eine Dreipunktbiegung erfährt. Es besteht
dann eine Serienschaltung der Biegesteifigkeiten von Vorfuß- und Basisfeder
(siehe hierzu auch die Darstellung in Fig. 6). Im weiteren Verlauf des Schrittes
rollt der Fuß ab und belastet zunehmend direkt die Vorfußfeder. Die Basisfeder
stützt dabei zusätzlich die Momente in der Vorfußfeder ab und wird nun in um
gekehrter Richtung gebogen. Es besteht eine Parallelschaltung der Biegesteifig
keiten (siehe hierzu auch die Darstellung in Fig. 7). Der Ablauf der Vorfußbelas
tung ist somit von einer zunehmenden Versteifung oder Progression des Feder
verhaltens geprägt.
Dabei ist der Verlauf der Fersenfeder erfindungsgemäß so gewählt, dass vom
Fersenauftritt bis in die mittlere Standphase der Momentanpol der Rotation im
Bereich des natürlichen Knöchelgelenkes liegt. Der Adapteranschluss ist daher
vorzugsweise etwa im Knöchelbereich eines natürlichen Fußes positioniert und
weist eine etwa parallel zur Basisfeder liegende Anschlussfläche auf.
Es ist ferner für die angestrebte Wirkung zweckmäßig, wenn das vordere freie
Schenkelende der Vorfußfeder mit dem vorderen Ende der Basisfeder verbunden
ist, und wenn das hintere freie Schenkelende der Fersenfeder mit dem hinteren
Ende der Basisfeder verbunden ist.
Die Charakteristik des Fußes kann gezielt verändert werden, indem Basisfedern
verschiedener Steifigkeiten eingesetzt werden. Hierfür sind die Verbindungen
zwischen der Basisfeder und den beiden Schenkelenden der oberen Feder lösbar
gestaltet.
Durch Reduzierung der Torsionssteifigkeit der Vorfußfeder kann ML-Bewegung
erzeugt werden. Dies ist dadurch realisierbar, dass die Vorfußfeder eine in ihrer
Längsrichtung verlaufende längliche Ausnehmung aufweist, oder aber dadurch,
dass die Vorfußfeder in ihrer Längsrichtung in zwei Teilfedern gespalten ist. Hier
durch wird auch eine Einstellung unterschiedlicher Progressionscharakteristiken
für Fußinnen- und -außenseite ermöglicht. Der Momentanpol der ML-Rotation
liegt in physiologisch sinnvoller Weise oberhalb der Bodenebene, während eine
Rotation um die Beinlängsachse kaum möglich ist.
Zumindest eine der Federn besteht vorzugsweise aus einem Polymerwerkstoff,
der zweckmäßig ein Faserverbundwerkstoff ist. Mit einem Faserverbundwerk
stoff lässt sich die Krafteinleitung in die Federn dann günstiger gestalten, wenn
die Federn einzeln ausgeführt werden, insbesondere dann, wenn Teile des Adap
ters Bestandteil einer der Federn sind. Hierfür ist es somit zweckmäßig, wenn
Vorfußfeder und Fersenfeder separate Bauteile bilden, die im Bereich des Adap
teranschlusses miteinander verbunden sind. Dabei ist es dann weiterhin von Vor
teil, wenn zumindest die Kalotte des Adapteranschlusses integraler Bestandteil
der Vorfußfeder ist. Dabei ist eine hinsichtlich der Kraftübertragung besonders
günstige Konstruktion dann gegeben, wenn sich die Vorfußfeder im Bereich ihres
Adapteranschlusses auf dem oberen Schenkelende der Fersenfeder abstützt.
Soll der federelastische Fußeinsatz zur Versorgung bei sehr niedrigen Amputati
onshöhen, insbesondere bei Exartikulationen im Sprunggelenk dienen (siehe hier
zu auch die Darstellung in Fig. 9), so ist es zweckmäßig, wenn der Adapteran
schluss anterior des Knöchelbereiches eines natürlichen Fußes positioniert ist und
eine mit der Basisfeder einen spitzen Winkel einschließende Anschlussfläche
aufweist. Hierdurch kann der Raum unterhalb des Prothesenschaftes als Einfe
derraum für den Fersenschenkel genutzt werden. Bei dieser Befestigung sind die
Momente am Adapter zwischen Fersen- und Vorfußlast ausgewogener und nied
riger als bei einer Befestigung im Knöchelbereich. Somit ist die nötige Struktur
festigkeit einfacher zu erreichen.
Die Kontaktpunkte des Prothesenfußes mit dem Boden oder Schuh bestimmen
den Ort der Krafteinleitung. Dies hat einen Einfluss auf die Biomechanik des Fu
ßes, steuert aber auch die Belastung der mechanischen Strukturen des Fußes. Da
der Fuß während der Standphase eine Winkelbewegung erfährt, kann durch eine
geeignete Abrollgeometrie der Krafteinleitungspunkt gesteuert werden. Dabei ist
es unerheblich, ob diese Geometrie in die Formgebung der Basisfeder integriert
ist (siehe z. B. Fig. 4), auf die Basisfeder appliziert ist (siehe Fig. 5) oder eine
Ausprägung der umgebenden Kosmetikhülle ist (siehe Fig. 1). In allen diesen
Fällen wirkt die Basisfeder unterseitig mit einer Abrollkontur zusammen, die vom
Zehenbereich zum Ballenbereich nach unten ansteigt, dann wieder nach oben
abfällt und im Fersenbereich nach unten wulstförmig ausgeformt ist.
In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfin
dung schematisch dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 im Längsschnitt einen Kunstfuß bestehend aus einem feder
elastischen Fußeinsatz, der von einer Kosmetikhülle umgeben
ist;
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen federelastischen Fußein
satz;
Fig. 3 in Draufsicht einen federelastischen Fußeinsatz;
Fig. 4 in Seitenansicht einen federelastischen Fußeinsatz mit einer in
Form einer Abrollkontur gebogenen Basisfeder;
Fig. 5 in einer Darstellung gemäß Fig. 4 einen elastischen Fußein
satz mit einer geraden Basisfeder mit applizierter Abrollkontur;
Fig. 6 den elastischen Fußeinsatz gemäß Fig. 5 zu Beginn seiner
Vorfußbelastung;
Fig. 7 den elastischen Fußeinsatz gemäß Fig. 5 mit direkt belaste
ter Vorfußfeder;
Fig. 8 einen federelastischen Fußeinsatz mit separat ausgebildeter
Vorfußfeder und Fersenfeder und
Fig. 9 einen federelastischen Fußeinsatz zur Versorgung niedriger
Amputationshöhen.
Fig. 1 zeigt einen federelastischen Fußeinsatz für einen Kunstfuß. Dabei besteht
der Fußeinsatz aus einer oberen, etwa dachförmig ausgebildeten Feder 1, die
zusammen mit einer unteren Basisfeder 2 einen etwa dreiecksförmigen Einfeder
raum 3 umschließt. Die obere Feder 1 weist in ihrem Dachspitzenbereich einen
Adapteranschluss 4 auf, von dem nach hinten eine konkav nach unten durchge
bogene, sich bis in den Fersenbereich 5 erstreckende Fersenfeder 6 sowie nach
vorn eine konkav nach unten durchgebogene, sich bis in den Vorfußbereich 7
erstreckende Vorfußfeder 8 ausgehen. Dabei ist das vordere freie Schenkelende
8a der Vorfußfeder 8 mit dem vorderen Ende 2a der Basisfeder 2 verbunden,
während das hintere freie Schenkelende 6a der Fersenfeder 6 mit dem hinteren
Ende 2b der Basisfeder 2 verbunden ist. Dabei können die Verbindungen zwi
schen der oberen Feder 1 und der Basisfeder 2 als lösbare Verbindungen 9, 10
gestaltet sein, wie es Fig. 1 erkennen lässt. Die Basisfeder 2 ist dann auswech
selbar.
Der Adapteranschluss 4 liegt bei den in den Fig. 1-8 dargestellten Ausfüh
rungsformen jeweils etwa im Knöchelbereich eines natürlichen Fußes und weist
eine etwa parallel zur Basisfeder 2 liegende Anschlussfläche 11 auf. Der Adap
teranschluss 4 umfasst eine Kalotte 12 und einen Pyramidenstumpf 13, der mit
seiner Spitze auf der Kalotte 12 steht.
Fig. 1 lässt ferner erkennen, dass der federelastische Fußeinsatz von einer
Kosmetikhülle 14 umgeben ist.
Gemäß den Fig. 2 und 3 weist die Vorfußfeder 8 eine in ihrer Längsrichtung
verlaufende längliche Ausnehmung 15 auf.
Gemäß Fig. 1 wirkt die im Wesentlichen gerade verlaufende Basisfeder 2 mit
einer von der Unterseite der Kosmetikhülle 14 gebildeten Abrollkontur 16 zu
sammen, die vom Zehenbereich 17 des Kunstfußes zum Ballenbereich 18 nach
unten ansteigt und dann wieder nach oben abfällt und im Fersenbereich 5 nach
unten wulstförmig ausgeformt ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die Basisfeder 2 unmittelbar in Form
der Abrollkontur 16 gebogen. Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß
Fig. 5 ist die Abrollkontur 16 auf die Unterseite der in Längsrichtung etwa gera
de verlaufenden Basisfeder 2 appliziert.
Bei den in den Fig. 1-7 und 9 dargestellten Ausführungsformen ist die obe
re Feder 1 des Fußeinsatzes einteilig ausgebildet; der Adapteranschluss 4 bildet
einen integralen Bestandteil dieser einteiligen oberen Feder 1.
Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 8 bilden Fersenfeder 6 und
Vorfußfeder 8 separate Bauteile, die im Bereich des Adapteranschlusses 4 mit
einander verbunden sind. Dabei bildet der Adapteranschluss 4 einen integralen
Bestandteil der separat ausgebildeten Vorfußfeder 8, die sich im Bereich des
Adapteranschlusses 4 auf dem oberen, nach hinten umgebogenen Schenkelende
6b der Fersenfeder 6 abstützt, die angenähert C-förmig ausgebildet ist.
Fig. 9 zeigt einen federelastischen Fußeinsatz, der für Versorgungen bei sehr
niedrigen Amputationshöhen, insbesondere bei Exartikulationen im Sprunggelenk
des Prothesenträgers bestimmt ist. Hier ist der Adapteranschluss 4 gegenüber
der Ausführungsform gemäß den Fig. 1-8 anterior des Knöchelbereiches
eines natürlichen Fußes positioniert und weist eine mit der Basisfeder 2 einen
spitzen Winkel einschließende Anschlussfläche 11 auf. Der Adapteranschluss
umfasst auch hier eine Kalotte 12, die begrenzte Winkeleinstellungen des durch
eine strichpunktierte Linie angedeuteten Schaftes 19 ermöglicht. Diese Ausbil
dung führt zu einem großen Fersenweg 20.
Claims (22)
1. Federelastischer Fußeinsatz für einen Kunstfuß, bestehend aus zumindest
zwei miteinander verbundenen Federn (1, 2), die - in unbelastetem Zu
stand - zusammen in Seitenansicht einen etwa dreiecksförmigen Einfeder
raum (3) umschließen, wobei die obere, etwa dachförmig ausgebildete Fe
der (1) im Dachspitzenbereich einen Adapteranschluss (4) und hiervon
ausgehend einen konkav nach unten durchgebogenen, sich bis in den Fer
senbereich (5) erstreckenden Fersenschenkel (nachfolgend "Fersenfeder
6") sowie einen konkav nach unten durchgebogenen, sich bis in den Vor
fußbereich (7) erstreckenden Vorfußschenkel (nachfolgend "Vorfußfeder
8") aufweist, deren freien Schenkelenden (6a, 8a) mit einer separaten, den
Einfederraum (3) nach unten begrenzenden Basisfeder (2) verbunden sind.
2. Fußeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere
freie Schenkelende (8a) der Vorfußfeder (8) mit dem vorderen Ende (2a)
der Basisfeder (2) verbunden ist.
3. Fußeinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
hintere freie Schenkelende (6a) der Fersenfeder (6) mit dem hinteren Ende
(2b) der Basisfeder (2) verbunden ist.
4. Fußeinsatz nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch lösbar ge
staltete Verbindungen (9, 10) zwischen der Basisfeder (2) und den beiden
Schenkelenden (6a, 8a) der oberen Feder (1). (Fig. 1)
5. Fußeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Vorfußfeder (8) eine in ihrer Längsrichtung verlaufende
längliche Ausnehmung (15) aufweist. (Fig. 2 und 3)
6. Fußeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorfußfeder (8) in ihrer Längsrichtung in zwei Teilfedern gespal
ten ist.
7. Fußeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Adapteranschluss (4) etwa im Knöchelbereich eines na
türlichen Fußes positioniert ist und eine etwa parallel zur Basisfeder (2) lie
gende Anschlussfläche (11) aufweist.
8. Fußeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der Adapteranschluss (4) anterior des Knöchelbereiches eines natürli
chen Fußes positioniert ist und eine mit der Basisfeder (2) einen spitzen
Winkel (α) einschließende Anschlussfläche (11) aufweist. (Fig. 9)
9. Fußeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Adapteranschluss (4) ein integraler Bestandteil der obe
ren Feder (1) ist.
10. Fußeinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter
anschluss (4) eine Kalotte (12) umfasst.
11. Fußeinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter
anschluss (4) einen Pyramidenstumpf (13) umfasst.
12. Fußeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass Vorfußfeder (8) und Fersenfeder (6) separate Bauteile bil
den, die im Bereich des Adapteranschlusses (4) miteinander verbunden
sind. (Fig. 8)
13. Fußeinsatz nach Anspruch 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass zu
mindest die Kalotte (12) des Adapteranschlusses (4) integraler Bestandteil
der Vorfußfeder (8) ist. (Fig. 8)
14. Fußeinsatz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vor
fußfeder (8) im Bereich ihres Adapteranschlusses (4) auf dem oberen
Schenkelende (6b) der Fersenfeder (6) abstützt. (Fig. 8)
15. Fußeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass zumindest eine der Federn (2, 6, 8) aus einem Polymer
werkstoff besteht.
16. Fußeinsatz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Poly
merwerkstoff ein Faserverbundwerkstoff ist.
17. Fußeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Basisfeder (2) unterseitig mit einer Abrollkontur (16) zu
sammenwirkt, die vom Zehenbereich (17) zum Ballenbereich (18) nach un
ten ansteigt und dann wieder nach oben abfällt.
18. Fußeinsatz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abroll
kontur (16) im Fersenbereich (5) nach unten wulstförmig ausgeformt ist.
19. Fußeinsatz nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die
Basisfeder (2) in Form der Abrollkontur (16) gebogen ist. (Fig. 4)
20. Fußeinsatz nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abrollkontur (16) auf die Unterseite der in Längsrichtung etwa gerade ver
laufenden Basisfeder (2) appliziert ist. (Fig. 5)
21. Fußeinsatz nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abrollkontur (16) durch die Unterseite einer den Fußeinsatz (1, 2) umge
benden Kosmetikhülle (14) gebildet ist. (Fig. 1)
22. Fußeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch eine solche Auslegung der Vorfußfeder (8) und Basisfeder (2) hin
sichtlich Form und Elastizität, dass bei zunehmender Belastung im Vorfuß
bereich es in diesem Bereich zu einer sukzessiven Anlage der Vorfuß- und
Basisfeder (8, 2) aneinander kommt.
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