шарнир (коленный сустав)

Формула изобретения

1. Шарнир для опирания с возможностью ограниченного поворота двух поворачивающихся частей, причем соединенное с одной поворачивающейся частью кулачковое тело (8) имеет кулачки, взаимодействующие с дугообразными направляющими (6, 6", 7, 7"), расположенными в получашках (3, 4), которые соединены со второй поворачивающейся частью, отличающийся тем, что кулачковое тело (8) имеет три кулачка, причем первый кулачок образован пересекающимися на скругленной кромке (12) цилиндрическими поверхностями (10, 11) кулачкового тела (8), а два других кулачка (13, 14) образованы выступающими перпендикулярно плоскости поворота уступами на кулачковом теле (8), при этом направляющие (6, 6", 7, 7") расположены в получашках (3, 4) двумя ступенями.

2. Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что кулачковое тело (8) имеет в сечении форму треугольника с дугообразными сторонами и скругленными углами.

3. Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что выступающие вторые кулачки (13, 14) выполнены на стороне треугольника с дугообразными сторонами, противоположной кромке (12) пересечения обеих цилиндрических поверхностей (10, 11).

4. Шарнир по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что место сопряжения одной поворачивающейся части расположено напротив кромки (12) пересечения обеих цилиндрических поверхностей (10, 11).

5. Шарнир по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что обе получашки (3, 4) частично охвачены держателем (1), на котором расположено место сопряжения другой поворачивающейся части.

6. Шарнир по п. 5, отличающийся тем, что получашки (3, 4) выполнены с возможностью установки в держатель (1).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к шарниру (коленному суставу) для опирания с возможностью ограниченного поворота двух поворачивающихся частей, в частности к физическому шарниру, причем посредством дугообразных направляющих создается комбинированное вращательно-скользящее движение.

Трудность конструирования различных шарниров, в частности коленных суставов, состоит прежде всего в том, что необходимо имитировать естественное движение сустава, и это естественное движение является не чисто вращательным движением, а комбинированным вращательно-скользящим движением.

Из патента Австрии 393620 известен шарнир для коленонаправляющей шины, у которой в первой шине предусмотрены две дугообразные направляющие, в которые входят ограничивающие угол поворота обеих шин цапфы второй шины. Цапфы или пальцы представляют собой при этом в соответствующем конечном положении ось для дугообразной направляющей другой цапфы. Естественное движение колена невозможно имитировать подобным устройством.

Из заявки США 5009223 известны шарниры для коленонаправляющих шин, у которых в дополнение к обеим дугообразным направляющим расположены две дополнительные дугообразные направляющие. Обе эти дополнительные дугообразные направляющие образуют подобие буквы "Т", причем в одной перекладине "Т" проходит один палец, а в другой перекладине "Т" - другой палец другой шины. У этого известного устройства соответствующее естественному процессу движения перемещение также невозможно.

Изобретение поставило своей целью создание шарнира описанного выше рода, который обеспечивал бы комбинированное вращательно-скользящее движение и, в частности, однако не исключительно, мог бы быть использован в качестве замены коленных суставов. При этом должна быть также создана возможность относительно простой замены быстроизнашивающихся деталей, причем при замене могут обеспечиваться измененные процессы движения.

Это достигается за счет того, что кулачковое тело, соединенное с одной поворачивающейся частью, например голенью, имеет преимущественно с обеих сторон два кулачка, которые взаимодействуют с дугообразными направляющими, расположенными в получашках, которые соединены со второй поворачивающейся частью, например бедром.

Подобное устройство обеспечивает комбинированное вращательно-скользящее движение, которое за счет изменения дугообразных направляющих может быть приспособлено к соответствующим условиям. Также относительно просто возможна замена быстроизнашивающихся деталей.

В предпочтительной форме выполнения изобретения кулачковое тело имеет три кулачка, причем первый кулачок образован пересекающимися на скругленной кромке цилиндрическими поверхностями кулачкового тела, а два других кулачка образованы выступающими перпендикулярно плоскости поворота уступами на кулачковом теле, и направляющие расположены в получашках двумя ступенями.

При этом предпочтительно, если кулачковое тело имеет в сечении форму треугольника с дугообразными сторонами и скругленными углами.

Выступающие вторые кулачки могут быть при этом выполнены на стороне криволинейного треугольника, противоположной кромке пересечения обеих цилиндрических поверхностей.

Место сопряжения одной поворачивающейся части расположено предпочтительно напротив кромки пересечения обеих цилиндрических поверхностей.

Для удержания обеих получашек их частично охватывают держателем, на котором расположено место сопряжения другой поворачивающейся части.

Получашки выполнены при этом с возможностью вставки в держатель, так что они легко заменимы.

Изобретение более подробно описано с помощью изображенного на чертежах примера выполнения, не ограничиваясь этим примером.

При этом изображают: фиг. 1 - общий вид шарнира согласно изобретению; фиг.2 - шарнир по фиг.1 в разобранном виде; фиг.3 - продольный разрез шарнира в выпрямленном положении; фиг.3а - основные направляющие детали шарнира в положении по фиг.3; фиг.4 - продольный разрез шарнира в максимально повернутом положении; фиг.4а - основные направляющие детали шарнира в положении по фиг. 4; фиг. 5 - разрез шарнира вдоль плоскости разреза, перпендикулярной плоскости разреза по фиг.3.

Пример выполнения на чертежах представляет собой коленный протез. У него на держателе 1 расположена присоединительная цапфа 2, соединяемая с бедром. В держатель 1 вставлены две получашки 3, 4, которые закрепляют на держателе 1 посредством отверстий 5 и винтов (не показаны).

В получашках 3, 4, выполнены дугообразные направляющие 6, 6" и 7, 7", причем направляющие 7, 7" выполнены по сравнению с направляющими 6, 6" уступчатыми.

В получашках 3, 4 размещается кулачковое тело 8, на котором расположена цапфа 9, соединяемая с голенью. Кулачковое тело 8 имеет в сечении приблизительно форму криволинейного треугольника. Две цилиндрические поверхности 10, 11 пересекаются на скругленной кромке 12, лежащей напротив цапфы 9. Обе цилиндрические поверхности 10, 11 образуют одни кулачки, направляющие кулачковое тело 8. Эти кулачки или цилиндрические поверхности 10, 11 взаимодействуют с дугообразными направляющими 7, 7".

От боковых поверхностей кулачкового тела 8 выступают кулачки 13, 14, взаимодействующие с дугообразными направляющими 6, 6". Эти кулачки 13, 14 имеют в изображенном примере выполнения приблизительно эллипсообразное сечение, причем одна часть 15 с большим радиусом кривизны образует третью сторону криволинейного треугольника, а обе части 16 с меньшим радиусом кривизны взаимодействует с дугообразными направляющими 6, 6".

Как видно из фиг.3 и 3а, в выпрямленном положении шарнира цилиндрическая поверхность 10 прилегает к направляющим 1, а цилиндрическая поверхность 11 свободна. Выпрямленное положение определяется, кроме того, прилеганием цапфы 9 к получашкам 3, 4. Для обеспечения точного позиционирования механический упор, образованный прилеганием цапфы 9 к получашкам 3, 4, лежит целесообразно примерно на 1^o перед механическим упором, образованным цилиндрической поверхностью 10 и направляющей 7.

В максимально повернутом положении на фиг.4, 4а цапфа 9 прилегает к противоположному вырезанному концу получашек 3, 4. В этом положении цилиндрическая поверхность 10 свободна, а цилиндрическая поверхность 11 взаимодействует с направляющей 7. Также здесь целесообразно, если механический упор, образованный цапфой 9 и получашками 3, 4, лежит примерно на 1^o перед механическим упором, образованным цилиндрической поверхностью 11 и направляющей 7.

В рамках изобретения возможны многочисленные модификации. Так шарнир согласно изобретению вследствие произвольного выполнения управляющих узлов может применяться также в области других физических шарниров и протезов. Если в других областях требуется комбинированное вращательно-скользящее движение, шарнир согласно изобретению может применяться и там.