ШАРНИРНАЯ ВСТАВКА
HINGED INSERT

Изобретение касается шарнирной вставки для ортопедического устройства, содержащей верхнее присоединительное средство для крепления к первому ортопедическому конструктивному элементу и нижнее присоединительное средство для крепления ко второму ортопедическому конструктивному элементу, установленному с возможностью поворота относительно первого ортопедического конструктивного элемента, с соединительным элементом между двумя присоединительными средствами, который выполнен с возможностью передачи усилия растяжения. Шарнирная вставка предусмотрена, в частности, для ортезов, например, ортеза голеностопного сустава.
В EP 712468 B1 описано составное изгибное устройство, содержащее два крепежных устройства для крепления к двум установленным с возможностью поворота друг относительно друга ортезным конструктивным элементам. Между двумя крепежными устройствами расположен передающий усилия растяжения нагружаемый несущий элемент, который выполнен из волокна с низким коэффициентом трения, при этом волокно намотано на концевые муфты. Нагружаемый несущий элемент может свободно изгибаться в любом направлении. Крепежные устройства и нагружаемый несущий элемент выполнены литьем под давлением в упругий полимерный материал. Альтернативно нагружаемый несущий элемент выполнен в виде полосы ткани.
Кроме того, между двумя ортопедическими элементами для их соединения друг с другом могут быть предусмотрены карданные шарнирные устройства или цепные соединения. Карданная опора может быть, например, выполнена в виде шарового шарнира или классической карданной опоры с перекрещивающимися осями. Цепные соединения могут осуществляться посредством шариковых цепей, которые вставлены в обойму опоры соответствующей формы. Такие решения могут приводить к вывихам головок суставов и в целом не обеспечивают удовлетворительного перемещения конструктивных элементов друг относительно друга.
Задачей настоящего изобретения является предложить шарнирную вставку, с помощью которой можно получить между двумя ортопедическими элементами, в частности ортезными элементами, гибкое соединение с пружинящим друг относительно друга действием, при этом должна обеспечиваться возможность поворотного перемещения вокруг одной или нескольких заданных осей. В соответствии с изобретением эта задача решается с помощью шарнирной вставки с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные и усовершенствованные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предлагаемая изобретением шарнирная вставка, содержащая верхнее присоединительное средство для крепления к первому ортопедическому конструктивному элементу и нижнее присоединительное средство для крепления ко второму ортопедическому конструктивному элементу, установленному с возможностью поворота относительно первого ортопедического конструктивного элемента, с соединительным элементом между двумя присоединительными средствами, который выполнен с возможностью передачи усилия растяжения, предусматривает, что соединительный элемент содержит плоский, упругий на изгиб, формоустойчивый участок материала, имеющий поперечное сечение с различными осевыми моментами инерции, причем ось меньшего момента инерции проходит, по меньшей мере частично, параллельно оси поворота ортопедических конструктивных элементов. Благодаря изгибной упругости участка материала можно обеспечить пружинящее действие, так что возможно улучшенное перемещение и группировка двух ортопедических конструктивных элементов друг с другом. В случае ортезной вставки благодаря этому обеспечивается лучшее перемещение поддерживаемой конечности. Кроме того, обеспечивается гибкое соединение двух ортопедических конструктивных элементов без существенного изменения расстояний между местами присоединения или, соответственно, местами крепления, благодаря чему в значительной степени предотвращается относительное перемещение двух ортопедических конструктивных элементов относительно друг друга. Расположение осей плоскостных моментов инерции способствует тому, что, с одной стороны, становится возможным легкий желательный наклон или смещение конструктивных элементов вокруг одной оси, в то время как наклон вокруг второй оси из-за более высоких плоскостных моментов инерции и, вместе с тем, сопротивления изгибу желательным образом затрудняется.
Один из усовершенствованных вариантов осуществления изобретения предусматривает, что участок материала скручен по своей продольной протяженности. Благодаря спиралеобразной конфигурации плоского участка материала обеспечивается возможность прецизионной регулировки соответствующей оси изгиба, которая расположена в пределах плоского участка материала, то есть проходит параллельно ширине участка материала, в частности, чтобы было возможно прецизионное определение положения оси изгиба, в то время как скручивание осуществляется так, что линия с минимальным плоскостным моментом инерции и с минимальным модулем упругости ложится туда, где должна располагаться ось поворота между двумя ортопедическими конструктивными элементами.
Один из усовершенствованных вариантов осуществления изобретения предусматривает, что участок материала скручен по меньшей мере на 90°, чтобы обеспечить изгибное перемещение вокруг двух ориентированных перпендикулярно друг другу осей. Предпочтительно участок материала, который выполнен в виде полосы, скручен на целое кратное угла 90°, в частности, 180° или 360°, чтобы иметь возможность получить две или три ориентированные перпендикулярно друг другу оси изгиба.
Предпочтительно участок материала выполнен из листовой стали или полимерного материала, при этом выбор материала должен происходить так, чтобы обеспечивалась достаточная упругость и возвратное пружинящее действие. Также должна обеспечиваться усталостная прочность участка материала или, соответственно, всего соединительного элемента на изгиб, чтобы шарнирная вставка могла надежно работать в течение продолжительного времени.
Один из усовершенствованных вариантов осуществления изобретения предусматривает, что соединительный элемент содержит два отдельных участка материала с расположенными на них элементами геометрического замыкания, которые входят друг в друга с обеспечением передачи усилия растяжения и допускают возможность поворота вокруг оси. Благодаря возможности поворота вокруг оси можно обеспечить более или менее свободную подвижность обоих присоединительных средств и, вместе с тем, ортопедических устройств, таких как, например, ортезные конструктивные элементы, без необходимости учета возвратного усилия благодаря пружинящему действию участков материала. Это может быть преимуществом при применении в специальных целях, когда необходимо обеспечить свободную подвижность вокруг оси, например, чтобы указать предпочтительное направление движения, в то время как движения в других направлениях должны происходить с преодолением сопротивления изгибу.
Участок материала предпочтительно выполнен однослойным, однако может также состоять из многослойного или композитного конструктивного элемента. Альтернативно однослойному выполнению участка материала предусмотрено его выполнение из замкнутой петли и придание соответствующей формы так, чтобы обеспечивалось соединение между двумя присоединительными средствами при одновременном обеспечении достаточной изгибной упругости.
Также существует возможность выполнения всего соединительного элемента в виде замкнутой петли с расположенными напротив друг друга участками материала так, чтобы можно было изготовить весь соединительный элемент из участка трубы или участка шланга, например, выполнив соединительный элемент в виде конструктивного элемента из полимерного материала, усиленного волокном.
Присоединительные средства предпочтительно содержат втулку, винты или аналогичные средства крепежа, так что возможно простое крепление присоединительных средств на соответствующих ортопедических устройствах. Втулка может быть выполнена как одно целое с соединительным элементом и, в частности, с участком материала в виде деформационного участка, навивки или концевого участок петли, так что нет необходимости в выполнении дополнительных соединений. Альтернативно как втулка, так и присоединительные средства могут быть отдельно закреплены на соединительном элементе, например, чтобы иметь возможность обеспечить стойкость к высокому давлению при креплении путем отдельного выбора материала.
Так как соединительный элемент, в частности, при выполнении в виде конструктивного элемента из листовой стали или усиленного стекловолокном полимерного материала, может иметь острые кромки, предусмотрено его выполнение с заключением в оболочку, в частности, из гибкого эластомера, который наряду с функцией защиты соединительного элемента и присоединительных средств от внешних воздействий также обеспечивает контактную защиту для несущего элемента ортопедического устройства и, кроме этого, улучшает удобство пользования. Вдобавок эластомер обеспечивает дополнительную долю возвратного усилия, в дополнение к изгибной упругости, обеспечиваемой соединительным элементом или, соответственно, участком материала.
Ниже примеры осуществления изобретения поясняются более подробно с помощью прилагаемых фигур. Показано:
фигуры 1a и 1b - вид сверху и вид сбоку первого варианта;
фигуры 2a и 2b - второй вариант с присоединительными средствами в цельном выполнении;
фигуры 3a и 3b - вариант из двух частей шарнирной вставки с двумя соединительными элементами; а также
фигуры 4a-4c - другой вариант шарнирной вставки.
На фиг.1a показана на виде сверху шарнирная вставка 1, содержащая верхнее присоединительное средство 2 и нижнее присоединительное средство 3 для крепления к двум не изображенным ортопедическим конструктивным элементам, например ортезным компонентам. Нижнее присоединительное средство 3 может, например, быть закреплено в нижней части ортеза голеностопного сустава, в то время как верхнее присоединительное средство 2 закреплено на элементе голени ортеза голеностопного сустава. Крепление осуществляется предпочтительно с помощью винтов, которые проводятся сквозь отверстия 21, 31 в присоединительных средствах 2, 3. На присоединительных средствах 2, 3 выполнены втулки 12, 13, которые видны на виде сбоку, показанном на фиг.1b. Втулки 12, 13 выполнены как одно целое с присоединительными средствами 2, 3 и проходят по существу перпендикулярно плоским фланцам, которые могут служить опорными поверхностями для винтов. Винты вводятся вдоль центральных осей 20, 30 втулок 12, 13, так что шарнирная вставка 1 надежно, и все же с возможностью отсоединения может быть закреплена на ортопедических конструктивных элементах.
Между присоединительными средствами 2, 3 выполнен соединительный элемент 4, который состоит из спиралеобразно скрученной полосы 6 материала. Полоса 6 материала скручена на 360° вдоль своей продольной протяженности 60 и образует спираль. Полоса 6 материала, предпочтительно полоса листового металла, имеет формоустойчивость и обеспечивает заданное расстояние между двумя присоединительными средствами 2, 3. Полоса 6 материала может воспринимать усилия растяжения и сжатия и обладает изгибной упругостью, так что два не изображенных ортопедических конструктивных элемента в не наложенном состоянии сохраняют стабильную ориентацию друг относительно друга. При перемещении двух мест крепления друг относительно друга, например, скручивании вокруг центральных осей 20, 30, происходит изгиб в двух местах в полосе 6 материала, а именно, там, где узкие стороны полосы материала пересекают центральные оси 60. То есть изгиб происходит в верхней четверти и нижней четверти полосы 6 материала.
Как показано на фиг.1b, изгиб происходит перпендикулярно продольной протяженности 6 в центре между двумя присоединительными средствами 2, 3, в свою очередь там, где узкая сторона полосы материала пересекает центральную ось 60, потому что там обеспечивается минимальный плоскостной момент инерции и минимальный модуль упругости. Таким образом, можно получить пружинящую шарнирную вставку 1, которая в варианте осуществления, показанном на фиг.1a и 1b, является цельно изготовленной из конструктивного элемента из листового металла (стали). Втулки 12, 13 могут быть выполнены путем обработки давлением, аналогично методу глубокой вытяжки. Затем два присоединительных средства 2, 3 скручиваются друг относительно друга на 360°, так что получается спиралеобразная конфигурация соединительного элемента 1. Пружинящее действие обеспечивается свойствами материала, позиционирование соответствующих предпочтительных осей поворота осуществляется за счет расположения и конфигурации формы спирали участка 6 материала, при этом предпочтительно предусмотрены оси поворота, которые проходят параллельно центральным осям 20, 30 втулок 12, 13, как показано на фиг.1a, а также перпендикулярно им, как видно на фиг.1b.
На фиг.2a и 2b изображен вариант изобретения, в котором также изображена шарнирная вставка 1, выполненная из одной единственной полосы 6 материала, в данном случае полосы листового металла (стали). Присоединительные средства 2, 3 выполнены путем навивания концевых областей, так что получаются соответствующие втулки 22, 23 для размещения винтов или других крепежных элементов, которые имеют достаточно устойчивую форму. Полоса 6 материала также является спиралеобразной, в данном случае скрученной на 180°, так что полоса 6 материала тангенциально прилегает к втулкам 22, 23 с разных сторон центральной линии 60. Предпочтительный изгиб осуществляется вокруг оси изгиба перпендикулярно плоскости листа, как показано на фиг.2b, в том месте, в котором узкая сторона полосы 6 материала пересекает центральную линию 60. Возможность поворота вокруг оси поворота параллельно центральным осям 20, 30 втулок 22, 23 обеспечивается только с приложением значительно более высокого усилия, так как полоса 6 материала не ориентирована соответствующим образом.
Другой вариант показан на фиг.3a, 3b, в котором шарнирная вставка 1 выполнена из двух частей. При этом предусмотрены два идентично выполненных конструктивных элемента из листового металла (стали), которые соответственно образуют одно присоединительное средство 2, 3 и один соединительный элемент 4 в виде формованной полосы 6 материала. На конце полосы 6 материала выполнены элементы 5 геометрического замыкания в виде круглых участков изгиба в форме крюка, которые выполнены так, что ширина полосы 6 материала ориентирована параллельно втулкам 42, 43. Это осуществляется путем скручивания полосы 6 материала на 90°. Элементы 5 геометрического замыкания вставлены друг в друга и поворачиваются благодаря исполнению этих элементов 5 геометрического замыкания в виде части окружности, вокруг расположенной в центре между присоединительными средствами 2, 3 оси 45 поворота. Ось 45 поворота проходит перпендикулярно из плоскости листа и располагается параллельно центральным осям 20, 30 присоединительных средств 2, 3. Поэтому изгибная упругость вокруг этой оси 45 поворота обеспечивается не упругой жесткостью участков 6 материала, а в данном случае другими упругими средствами, которые охватывают шарнирную вставку 1, например, нанесенный под давлением силикон или другой эластомер. Изгибная упругость в области участков 6 материала проявляется вблизи соответствующего перехода к присоединительным средствам 2, 3 или, соответственно, фланцевым областям присоединительных средств 2, 3.
На фиг.4a-4c показан другой вариант шарнирной вставки 1. Шарнирная вставка 1 включает верхние и нижние присоединительные средства 2, 3 с выемками 52, 53, которые расположены вокруг центральных осей 20, 30. На фиг.4a показана шарнирная вставка 1 на виде сбоку, на фиг.4b показана шарнирная вставка 1 на виде сбоку, скрученная на 90°. Между двумя присоединительными средствами 2, 3 выполнен цельный соединительный элемент 4, который включает плоский, в поперечном сечении по существу прямоугольный участок 6 материала в виде полосы, который расположен между присоединительными средствами 2, 3 с не изменяющейся ориентацией. Благодаря прямоугольной форме поперечного сечения участка 6 материала получаются осевые плоскостные моменты инерции различной величины и, вместе с тем, изгибные сопротивления различной величины. На фиг.4 ориентация участка 6 материала выбрана так, что ось более низкого плоскостного момента инерции направлена параллельно центральным осям 20, 30 присоединительных средств 2, 3, так что при обычном креплении, выполняемом с помощью винтов или тому подобных параллельно оси перемещения двух соединяемых ортопедических компонентов, ось малого плоскостного момента инерции проходит параллельно оси поворота ортезных компонентов.
На фиг.4c показана шарнирная вставка 1 на виде сверху. Здесь видно, что присоединительные средства 2 также имеют по существу прямоугольное поперечное сечение, при этом две продольные оси прямоугольных поперечных сечений присоединительных средств 2, 3 и участка 6 материала направлены перпендикулярно друг другу. Переходная область между присоединительными средствами 2, 3 и участком 6 материала представляет собой непрерывный переход между поперечными сечениями, альтернативно возможны также прерывистые переходы между присоединительными средствами 2, 3 и участком 6 материала. Шарнирная вставка 1 может быть изготовлена цельно из соответственно упругого материала, например, металла или полимерного материала, или композитного материала, шарнирная вставка 1 может быть также покрыта слоем полимерного материала.
Все варианты фиг.1-4 могут быть снабжены нанесенным под давлением силиконом или другим эластомером. Возможно также вместо выполнения из листового металла (стали) выполнение соединительного элемента 1 из упругого полимерного материала или композитного материала, например, полосового материала, усиленного волокном.