Die Erfindung betrifft ein künstliches Kniegelenk, das wenigstens ein Gelenkoberteil, wenigstens ein Gelenkunterteil, die um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbar aneinander angeordnet sind, und wenigstens ein Kraftübertragungselement aufweist, das mit seinem einen Ende an dem Gelenkoberteil und mit dem gegenüberliegenden Ende an dem Gelenkunterteil angeordnet ist.

Künstliche Kniegelenke sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt und werden beispielsweise in orthopädietechnischen Einrichtungen, insbesondere Knie- orthesen, Knieprothesen oder Exoskeletten verwendet, um Knie beispielsweise nach einer Operation zu stützen, zu schützen oder beispielsweise einen Bewegungsspielraum zumindest für eine Zeitspanne einzuschränken oder deren Fehlen auszugleichen. Um ein möglichst naturgetreues Gangbild zu erreichen und beispielsweise eine Stolpergefahr zu reduzieren, ist es aus dem Stand der Technik bekannt einen sogenannten Vorbringer zu verwenden. Dieser kann beispielsweise in Form des Kraftübertragungselementes ausgebildet sein. Er wird verwendet, um eine Kraft von dem einen Gelenkteil, beispielsweise dem Gelenkunterteil, auf das andere Gelenkteil, beispielsweise das Gelenkoberteil aufzubringen. Dadurch wird ein Drehmoment erzeugt, das in Richtung einer Extension des Gelenks wirkt. Die dafür nötige Energie wird beispielsweise durch einen elastischen Energiespeicher bereitgestellt. Dieser Energiespeicher wird gespannt, also mit potentieller Energie aufgeladen, wenn das Knie gebeugt wird. Dadurch erzeugt der Vorbringer eine Kraft, die eine Streckung des Knies unterstützt. Dadurch wird beispielsweise in einer Schwungphase eines Gangzyklus, in der das jeweilige Bein keinen Kontakt zum Boden hat, erreicht, dass das Knie gestreckt und der Fuß nach vorne gebracht wird. Daher auch die Bezeichnung "Vorbringer". Bei derartigen Vorbringern aus dem Stand der Technik wird die Kraft immer dann ausgeübt, wenn das Knie gebeugt ist. Dies ist zwar in Schwungphasen von Vorteil, bei anderen Gelegenheiten jedoch nicht gewünscht. Sitzt beispielsweise der Träger einer Knieorthese mit angewinkelten Beinen und damit auch mit gebeugten Knien, wird durch einen Vorbringer aus dem Stand der Technik immer eine Kraft ausgeübt, durch die ein Streckmoment auf das Knie ausgeübt wird. Der Träger streckt folglich entweder unwillkürlich das Bein, was insbesondere im Sitzen weder gewünscht noch sinnvoll ist, oder er muss permanent eine entsprechende Gegenkraft ausüben, um das Strecken des Beines zu verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein künstliches Kniegelenk so zu verbessern, dass diese Nachteile behoben oder zumindest abgemildert werden.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein künstliches Kniegelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , das sich dadurch auszeichnet, dass das Kniegelenk wenigstens einen Anschlag aufweist, an dem das Kraftübertragungselement ab einem vorbestimmten Schwenkwinkel zwischen dem Gelenkoberteil und dem Gelenkunterteil anliegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dieser Anschlag nahe der Schwenkachse, besonders bevorzugt an der Schwenkachse angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung verläuft der elastische Energiespeicher durch die Schwenkachse, wenn dieser an dem Anschlag anliegt. In dieser Situation kreuzen sich die Schwenkachse und der Verlauf des elastischen Energiespeichers folglich.

Weder das wenigstens eine Gelenkoberteil noch das wenigstens eine Gelenkunterteil muss zwangsläufig aus einem einzigen Bauteil bestehen. In den meisten Fällen werden unterschiedliche Bauteile zu dem Gelenkunterteil oder dem Gelenkoberteil miteinander verbunden. Die ist beispielsweise bei Orthesenschalen der Fall. An welchem dieser gegebenenfalls vielen Bauteile, die das Gelenkoberteil oder das Gelenkunterteil bilden, eines der Enden des Kraftübertragungselementes angeordnet ist, ist dabei für die Funktion der vorliegenden Erfindung unerheblich. Wichtig ist lediglich, dass durch eine mittels des Kraftübertragungselementes übertragene Kraft ein Drehmoment erzeugt wird, zumindest solange das Kraftübertragungselement nicht an dem Anschlag anliegt. Das wenigstens eine Kraftübertragungselement ist vorzugsweise eingerichtet zum Übertragen einer Zugkraft. Es ist vorzugsweise als Band, Seil, Kette, biegeelastischer Stab und/oder in Form mehrerer über Gelenke miteinander verbundener Stäbe oder Stangen ausgebildet.

Das wenigstens eine Gelenkoberteil und das wenigstens eine Gelenkunterteil sind um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbar angeordnet. Dies kann eine einfache Schwenkachse eines Schwenkgelenks, beispielsweise eines Scharniergelenks sein. Gelenkoberteil und Gelenkunterteil können aber auch durch Mehrlenker oder Mehrfachgelenke miteinander verbunden sein, die mehrere Schwenkachsen und/oder wenigstens eine bewegliche Schwenkachse aufweisen. Wichtig ist, dass das Gelenkoberteil und das Gelenkunterteil relativ zueinander zumindest auch eine Schwenkbewegung ausführen können. Diese kann, muss aber nicht, von einer linearen Bewegung überlagert sein und/oder eine Bewegung der Schwenkachse beinhalten.

Wird das Knie gebeugt, an dem das Kniegelenk beispielsweise als Teil einer orthopädietechnischen Einrichtung angeordnet ist, werden das Gelenkoberteil und das Gelenkunterteil relativ zueinander verschwenkt. Das Kraftübertragungselement erstreckt sich vorzugsweise zwischen den beiden Enden zumindest abschnittsweise, vorzugsweise jedoch entlang seiner gesamten Erstreckung, geradlinig. Die Verbindungslinie zwischen den beiden Befestigungsstellen, mit denen jeweils ein Ende an jeweils einem der Gelenkteile befestigt ist, verschiebt sich beim Verschwenken des Gelenkoberteil relativ zum Gelenkunterteil, also beim Beugen oder Strecken des Knies. Im vollständig gestreckten Zustand des Knies verläuft die Verbindungslinie zwischen den beiden Enden des Kraftübertragungselementes vorzugsweise vor der Schwenkachse, also anterior zu ihr. Die aufgebrachte Kraft erzeugt daher ein Drehmoment, dessen Stärke neben der Größe der aufgebrachten Kraft auch vom Abstand der Verbindungslinie von der Schwenkachse abhängt. Wird das Knie nun ge- beugt, wird das Gelenkunterteil relativ zum Gelenkoberteil verschwenkt und die Verbindungslinie zwischen den beiden Enden des Kraftübertragungselementes wird nach posterior, also nach hinten, geschoben. Dabei überstreicht die Linie und damit auch das Kraftübertragungselement bei einem bestimmten Winkel die Schwenkachse. Wird das Knie stärker als dieser bestimmte Winkel gebeugt, verläuft die Linie und damit das Kraftübertragungselement hinter, also posterior, der Schwenkachse.

Solange sich das Kraftübertragungselement vor der Schwenkachse befindet, führt die aufgebrachte Kraft zu einem Streckmoment, also einem Drehmoment, das die Streckung des Knies unterstützt. Befindet sich die Verbindungslinie zwischen den beiden Enden des Kraftübertragungselementes jedoch hinter der Schwenkachse, wechselt das Vorzeichen des durch die Kraft erzeugten Drehmoments, welches dann ein Beugemoment ist. Dies ist für Vorbringer nicht geeignet.

Erfindungsgemäß verfügt das Kniegelenk daher über wenigstens einen Anschlag, an dem das Kraftübertragungselement anliegt, sobald das Gelenkoberteil relativ zu dem Gelenkunterteil um mehr als den vorbestimmten Schwenkwinkel verschwenkt wird. Durch geschickte Wahl der Position des wenigstens einen Anschlags können unterschiedliche Effekte erzeugt werden.

Ist der wenigstens eine Anschlag so an dem Kniegelenk positioniert, dass das Kraftübertragungselement vor der Schwenkachse verläuft, wenn er an dem Anschlag anliegt, wird verhindert, dass durch das Kraftübertragungselement ein Beugemoment aufgebracht werden kann. Das von dem Kraftübertragungselement erzeugte Drehmoment wird folglich immer ein Streckmoment sein und die Streckung des Knies unterstützen. Wie groß das Drehmoment ist, das durch die vom Kraftübertragungselement aufgebrachte Kraft in diesem Zustand generiert wird, hängt davon ab, wie weit der Anschlag von der Schwenkachse entfernt ist. Dieser Abstand definiert den Hebel und damit den Momentenarm. Je größer der Hebel ist, desto größer ist das erzeugte Drehmoment. Durch geschickte Wahl der Position des wenigstens einen Anschlags lässt sich folglich das Drehmoment beeinflussen, dass von dem wenigstens einen Kraftübertragungselement erzeugt wird, wenn dieser an dem Anschlag anliegt. Vorzugsweise ist daher der Anschlag nahe der Schwenkachse positioniert. In diesem Fall ist das von dem Kraftübertragungselement erzeugte Drehmoment klein, wenn der vorbestimmten Schwenkwinkel überschritten wird. Bevorzugt verläuft die Schwenkachse so nahe am Anschlag, dass das das Kraftübertragungselement, wenn dieses an dem Anschlag anliegt, durch die Schwenkachse verläuft. In diesem Fall wird durch das Kraftübertragungselement zwar eine Zugkraft übertragen, diese ist jedoch direkt in Richtung auf die Schwenkachse, also radial, gerichtet und führt somit nicht zu einem Drehmoment. Handelt es sich bei dem Kraftübertragungselement beispielsweise um ein Band, beispielsweise aus Gummi, mit einem kreisförmigen Querschnitt, so entspricht der Abstand zwischen dem Anschlag und der Schwenkachse vorzugsweise dem Radius des Querschnittes des Kraftübertragungselementes.

Vorzugsweise ist der Anschlag derart angeordnet, dass das von dem Kraftübertragungselement aufgebrachte Drehmoment bei Überschreiten des vorbestimmten Schwenkwinkels reduziert wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Kniegelenk wenigstens einen Energiespeicher auf, der eine Kraft erzeugt, die von dem wenigstens einen Kraftübertragungselement übertragen wird. Bevorzugt ist der Energiespeicher ein elastischer Energiespeicher oder weist einen solchen auf. Als Energiespeicher kann prinzipiell jede Art Energiespeicher verwendet werden, die aus dem Stand der Technik bekannt ist und eingerichtet ist, die benötigte Kraft bereitzustellen. Dies kann mechanisch hydraulisch, pneumatisch, magnetisch und/oder elektrisch geschehen. Bevorzugt ist der Energiespeicher elastisch ausgebildet, beispielsweise in Form eines Federelementes und/oder in Form eines gummielastischen Elementes. Diese Ausgestaltung ist konstruktiv besonders einfach und wartungsarm, da sie zumindest nahezu ohne bewegliche Teile auskommt. Zudem ist keine Energiequelle nötig, da ein solcher Energiespeicher die benötigte Energie aus der Bewegung des Gelenkes und des Trägers einer orthopädietechnischen Einrichtung erhält. Beim Verschwenken des Gelenkoberteiles relativ zudem Gelenkunterteil vergrößert sich der Abstand zwischen den beiden Enden des Kraftübertragungselementes, mit denen es am Gelenkoberteil oder am Gelenkunterteil angeordnet ist. Der Energiespeicher wird folglich mit potentieller Energie aufgeladen und gespannt. Dadurch übt er eine Kraft sowohl auf das Gelenkoberteil als auch auf das Gelenkunterteil aus, die in Richtung des Energiespeichers wirkt.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet der wenigstens eine Energiespeicher das wenigstens eine Kraftübertragungselement oder bildet es. Insbesondere wenn der wenigstens eine Energiespeicher als elastisches Element ausgebildet ist, kann dieser als Kraftübertragungselement verwendet werden. Ein Ende eines elastischen Elementes wird dann beispielsweise mit dem Gelenkoberteil und das andere Ende mit dem Gelenkunterteil verbunden. Selbstverständlich können der Energiespeicher und das Kraftübertragungselement auch als getrennte Elemente ausgebildet sein, wenn der Energiespeicher als elastisches Element ausgebildet ist.

Wenn der Energiespeicher und das Kraftübertragungselement als separate Bauteile ausgebildet sind, ist es möglich, den Energiespeicher an einem geeigneten Ort zu platzieren, ohne dass eine räumliche Nähe zur Schwenkachse oder zu den Befestigungspunkten bestehen muss, an denen das Kraftübertragungselement an den jeweiligen Gelenkteilen angeordnet ist.

Vorzugsweise ist das Kraftübertragungselement lösbar an dem Gelenkoberteil und/oder an dem Gelenkunterteil angeordnet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Kraftübertragungselement Teil des Energiespeichers ist oder durch diesen gebildet wird. Auf diese Weise ist es dann besonders einfach möglich, den elastischen Energiespeicher durch einen anderen Energiespeicher, beispielsweise ein Federelement mit anderer Federkonstante, auszutauschen. Dazu muss lediglich der auszutauschende Energiespeicher vom Gelenkoberteil und/oder dem Gelenkunterteil entfernt und durch einen anderen ersetzt werden. ln einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Kraftübertragungselement an mehreren Stellen an dem Gelenkoberteil und/oder an dem Gelenkunterteil befestigbar. Besonders bevorzugt ist die Vorspannung des elastischen Energiespeichers einstellbar. Die unterschiedlichen Stellen können in unterschiedlichen Abständen von der Schwenkachse angeordnet sein. Der Abstand zwischen den Befestigungsstellen am Gelenkoberteil und den Befestigungsstellen am Gelenkunterteil ist in diesem Fall je nach gewählter Stelle unterschiedlich. Dies bedeutet, dass die Vorspannung des elastischen Energiespeichers variiert. Die unterschiedlichen Stellen können andererseits aber auch in unterschiedlichen Positionen entlang des Umfangs um die Schwenkachse angeordnet werden. Auf diese Weise kann der vorbestimmte Schwenkwinkel, ab dem das Kraftübertragungselement am Anschlag anliegt, eingestellt werden. Selbstverständlich sind auch Kombinationen der verschiedenen Unterscheidungen möglich. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist an wenigstens einem Ende, bevorzugt jedoch an beiden Enden, des Kraftübertragungselements ein Formschlusselement, beispielsweise ein Klettverschluss, angeordnet, welches mit einem korrespondierend ausgebildeten Gegenelement, formschlüssig Zusammenwirken kann, um das jeweilige Ende zu befestigen. Das Gegenelement befindet sich vorzugsweise am Gelenkoberteil und/unter am Gelenkunterteil. Besonders bevorzugt erlauben das Formschlusselement und das entsprechende Gegenelement eine stufenlose Veränderung der Befestigungsstelle des Kraftübertragungselements.

Vorzugsweise ist wenigstens eines der Enden des Kraftübertragungselements mittels eines verschiebbaren Schlittens an dem jeweiligen Gelenkteil angeordnet. Dadurch kann eine Vorspannung und/oder der vorbestimmte Schwenkwinkel verändert werden, ohne das Kraftübertragungselement vom jeweiligen Gelenkteil zu lösen.

Vorzugsweise weist der elastische Energiespeicher wenigstens ein gummielastisches Element, beispielsweise eine Schraubenfeder, auf.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Kniegelenkes ist der vorbestimmte Schwenkwinkel, ab dem das Kraftübertragungselement am Anschlag anliegt, einstell- bar. Dies ist auf besonders einfache Weise erreichbar, indem die Position des Anschlags und/oder die Position eines oder beider Enden des Kraftübertragungselementes verstellbar ist. Vorzugsweise weist das Kniegelenk wenigstens einen Motor auf, der eingerichtet ist, die Position des Anschlags und/oder die Position eines oder beider Enden des Kraftübertragungselementes zu verstellen.

Vorteilhafterweise bringt das Kraftübertragungselement in einem ersten und einem dritten Winkelbereich zwischen dem Gelenkunterteil und dem Gelenkoberteil ein Drehmoment auf und in einem zwischen den beiden Winkelbereichen liegenden zweiten Winkelbereich nicht. Dies ist beispielsweise vor Vorteil, damit in einem vorbestimmten zweiten Winkelbereich, der vorzugsweise um einen Winkel von 90° herum angeordnet ist, kein Drehmoment aufgebracht wird. Dieser Winkelbereich entspricht dem Kniewinkel beim Sitzen. Wird das Knie weiter gebeugt, beispielsweise beim Knien, wird der zweite Winkelbereich überschritten und der dritte Winkelbereich erreicht, in dem eine Unterstützung gewünscht und daher ein Drehmoment aufgebracht wird.

Eine bevorzugte orthopädietechnische Einrichtung, insbesondere eine Knieorthese verfügt über wenigstens zwei Kniegelenke der hier beschriebenen Art, die jeweils ein Gelenkoberteil, ein schwenkbar daran angeordnetes Gelenkunterteil, ein Kraftübertragungselement und einen Anschlag aufweisen und in der hier beschriebenen Weise funktionieren. Vorzugsweise verfügen die wenigstens zwei Kniegelenke über unterschiedliche vorbestimmte Schwenkwinkel und/oder unterschiedliche Kraftübertragungselemente und/oder unterschiedliche Energiespeicher. Insbesondere die elastischen Energiespeicher können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein, sodass eine individuelle Einstellung möglich ist. Vorzugsweise verfügen die beiden Kniegelenke über unterschiedliche vorbestimmte Schwenkwinkel, ab denen der jeweilige Energiespeicher am jeweiligen Anschlag anliegt. So ist es möglich, dass bei bestimmten Schwenkwinkel bei einem der verwendeten Kniegelenke der Energiespeicher bereits am Anschlag anliegt, während bei dem anderen Kniegelenk der Energiespeicher noch nicht am jeweiligen Anschlag anliegt. Der Verlauf des Drehmoments, der als Kombination der beiden erzeugten Drehmoments dargestellt werden kann, ist so vielseitig einstellbar.

Mithilfe der beiliegenden Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 bis 7 - schematische Darstellungen eines Kniegelenkes für eine Knie- orthese gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Figuren 8 bis 24b- schematische Darstellungen von Kniegelenken gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung teilweise in unterschiedlichen Schwenkzuständen.

Die Figuren 1 bis 7 zeigen jeweils ein Kniegelenk 2, das ein Gelenkoberteil 4 und ein Gelenkunterteil 6 aufweist. Sowohl am Gelenkoberteil 4 als auch am Gelenkunterteil 6 ist ein Befestigungsblock 8, der nicht als separates Bauteil dargestellt ist, angeordnet, über den jeweils ein Ende eines elastischen Energiespeichers 10 am Gelenkoberteil 4 oder am Gelenkunterteil 6 angeordnet ist. Der elastische Energiespeicher 10 bildet in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Kraftübertragungselement. Das Kniegelenk 2 verfügt zudem über einen Anschlag 12.

Figur 1 zeigt ein Kniegelenk 2 im nahezu gestreckten Zustand. Der Energiespeicher 10 erstreckt sich zwischen den beiden Befestigungsblöcken 8 und verläuft frontal, also vor dem Anschlag 12. Je nach verwendeten Energiespeicher wird eine Zugkraft zwischen den beiden Befestigungsblöcken 8 hervorgerufen. Diese bildet ein exten- dierendes Moment, also ein Moment, das die Streckung des Gelenks unterstützt.

Figur 2 zeigt das Gelenk im weiter reflektierten Zustand. Gezeigt ist ein Schwenkwinkel von etwa 30°. Der Abstand zwischen den beiden Befestigungsstellen, an denen die Enden des Energiespeichers 10 an den Befestigungsblöcken in 8 angeordnet sind, hat sich vergrößert, sodass der Energiespeicher 10 energetisch aufgeladen wurde und nun eine im Vergleich zur Figur 1 größere Kraft aufbringt. Die Lage des Energiespeichers 10 hat sich im Vergleich zu Figur 1 nach posterior verschoben. Noch immer wird ein extendierendes Moment aufgebracht.

Figur 3 zeigt das Gelenk bei einem Schwenkwinkel von etwa 70°, der im gezeigten Ausführungsbeispiel der vorbestimmte Schwenkwinkel ist. Man erkennt, dass der Energiespeicher 10 am Anschlag 12 anliegt. Dadurch wird der Energiespeicher 10 in zwei Abschnitte geteilt. Der erste Abschnitt erstreckt sich vom oberen Befestigungsblock 8, der am Gelenkoberteil 4 angeordnet ist, bis zum Anschlag 12. Durch ihn wird eine Kraft auf den oberen Befestigungsblock 8 und damit auf das Gelenkoberteil 8 ausgeübt, die radial genau auf die Schwenkachse gerichtet ist. Ein Drehmoment wird dadurch nicht erzeugt. Daran ändert auch ein weiteres Verschwenken des Kniegelenkes 2 nichts, wie in Figur 4 dargestellt. Hier beträgt der Schwenkwinkel 90° und der Anlagepunkt, mit dem der Energiespeicher 10 am Anschlag 12 anliegt hat sich nicht verändert. Noch immer wird der Energiespeicher 10 in zwei Abschnitte geteilt. Der erste Abschnitt erstreckt sich noch immer vom oberen Befestigungsblock 8 zum Anschlag 12. Er hat sich zwar vergrößert, sodass eine größere Zugkraft ausgeübt wird, diese ist jedoch noch immer direkt auf die Schwenkachse gerichtet, sodass kein Drehmoment erzeugt wird.

Gleiches gilt für den zweiten Abschnitt, der sich vom Anschlag zum unteren Befestigungsblock 8 erstreckt. Auch durch ihn wird eine Zugkraft auf den jeweiligen Befestigungsblock 8 ausgeübt, die axial auf die Schwenkachse gerichtet ist und daher kein Drehmoment erzeugt.

In den Figuren 5 bis 7 ist ein Kniegelenk 2 dargestellt, bei dem der Energiespeicher 10 an anderer Stelle an den beiden Befestigungsblöcken 8 angeordnet ist. Während der Energiespeicher 10 in den Figuren 1 bis 4 links am Befestigungsblock 8 angeordnet ist, was durch die parallel zum Kraftübertragungselement 10 dargestellte Linie angedeutet ist, ist diese Befestigungsstellen in Figur 5 und 6 weiter rechts angeordnet. Figur 5 zeigt das Kniegelenk 2 mit einem kleinen Schwenkwinkel zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil 6. Er entspricht dem in Figur 1 gezeigte Schwenkwinkel. Durch den Energiespeicher 10 wird ein extendierendes Moment aufgebracht, dass bei identischem Energiespeicher 10 kleiner ist als das in Figur 1 erzeugte Moment. Dies liegt daran, dass der Energiespeicher 10 bei der Ausgestaltung in Figur 5 näher an der Schwenkachse verläuft und daher ein kleineres Drehmoment erzeugt.

Figur 6 zeigt das Kniegelenk 2 aus Figur 5 mit einem Schwenkwinkel von 30°. Man erkennt, dass durch die Veränderung der Befestigungsposition, an der der Energiespeicher an den Befestigungsblöcken 8 angeordnet ist, bereits bei diesem relativ geringen Schwenkwinkel der Energiespeicher 10 am Anschlag 12 anliegt und daher kein Drehmoment mehr erzeugt wird. Figur 7 zeigt das Gelenk 2 im weiter flektierten Zustand, in dem das Kraftübertragungselement weiterhin am Anschlag 12 anliegt.

In den Figuren 8 bis 16 ist jeweils schematisch ein Kniegelenk 2 dargestellt, das ein Gelenkoberteil 4 und ein Gelenkunterteil 6 aufweist, die um eine Schwenkachse 14 schwenkbar aneinander angeordnet sind. Jedes der gezeigten Kniegelenke 2 verfügt zudem über den Anschlag 12, an dem ein Kraftübertragungselement oder der Energiespeicher 10, sofern dieser das Kraftübertragungselement bildet, bei Erreichen eines vorbestimmten Schwenkwinkel anliegt. Diese Bauteile sind bei allen gezeigten Gelenken identisch, sodass auf eine detailliertere Beschreibung bei den einzelnen Figuren verzichtet werden kann.

Das in Figur 8 gezeigte Kniegelenk 2 verfügt über einen Energiespeicher 10, der beispielsweise als Federelement oder gummielastischen Element ausgebildet sein kann. Anders als bei den bisher gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der Energiespeicher 10 nicht zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil 6, sondern ist davon beanstandet angeordnet. Das Kniegelenk 2 weist ein separates Kraftübertragungselement 16 auf, dessen erstes Ende 18 am Gelenkoberteil 4 und dessen zweites Ende 20 am Energiespeicher 10 angeordnet ist. Der Energiespeicher 10 ist daher im gezeigten Ausführungsbeispiel am Gelenkunterteil 6 befestigt. Wird nun das Gelenkoberteil 4 relativ zum Gelenkunterteil 6 um die Schwenkachse 14 herum verschwenkt, verändert sich der Abstand zwischen dem ersten Ende 18 und dem Energiespeicher 10 und das Kraftübertragungselement 16 übt im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Zugkraft auf den Energiespeicher 10 und das darin, zweite enthaltene Federelement aus. Auf diese Weise wird im Energiespeicher 10 eine Kraft erzeugt, die vom Kraftübertragungselement 16 auf das Gelenkoberteil 4 übertragen wird. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, den gegebenenfalls relativ viel bauraumbeanspruchenden Energiespeicher 10 von der Schwenkachse 12 beanstandet anzuordnen.

In Figur 9 bildet der Energiespeicher 10 das Kraftübertragungselement. Das erste Ende 18 ist an einem Schlitten 22 angeordnet, der relativ zum Gelenkoberteil 4 verschiedentlich ist. Durch den Doppelpfeil wird illustriert, dass der Schlitten 22 in Figur 9 nach oben und unten verschoben werden kann, wodurch sich die Vorspannung des Energiespeichers 10 verändern lässt. Vorzugsweise ist der Schlitten 22 durch einen nicht dargestellten Motor verschiebbar.

Figur 10 zeigt eine andere Ausführungsform. Sowohl am Gelenkoberteil 4 als auch am Gelenkunterteil 6 sind jeweils 3 Befestigungsblöcke 8 angeordnet, an denen jeweils das erste Ende 18 oder das zweite Ende 20 des Energiespeichers 10, der auch in diesem Fall das Kraftübertragungselement bildet, angeordnet werden können. Auch dadurch lässt sich die Vorspannung verändern, ohne dass der Abstand der Verbindungslinie von der Schwenkachse 14 verändert wird. Der vorbestimmte Schwenkwinkel, bei dessen Erreichen das Kraftübertragungselement, im gezeigten Ausfluss Beispiel also der Energiespeicher 10, am Anschlag 12 anliegt, wird nicht verändert. Je nach Positionierung der Befestigungsblöcke 8 kann der vorbestimmte Schwenkwinkel auch von dem jeweils verwendeten Befestigungsblock 8 abhängig sein und sich bei der Auswahl eines anderen Befestigungsblockes 8 verändern.

Dies ist anders bei der in Figur 11 gezeigten Ausführungsform. Sowohl am Gelenkoberteil 4 also am Gelenkunterteil 6 ist jeweils ein schwenkbar Hebel 24 positioniert, die jeweils um eine Hebelachse 26 schwenkbar angeordnet sind. Dabei lässt sich der Hebel 24 in unterschiedlichen Positionen, bevorzugt stufenlos, arretieren, sodass ein weiteres Verschwenken des Hebels 24 um die Hebelachse 26 nicht möglich ist, ohne die Arretierung zu lösen. Werden die beiden in Figur 11 gezeigten Hebel 24 entlang der dargestellten Pfeile verschwenkt, vergrößert sich der Abstand zwischen dem ersten Ende 18 und dem zweiten Ende 20 des Energiespeichers 10, die jeweils an einem der Hebel 24 angeordnet sind. Zudem verändert sich auch der Abstand der Verbindungslinie zur Schwenkachse, sodass auch der vorbestimmte Schwenkwinkel angepasst wird. Durch das Verschwenken der Hebel 24 wird der Hebelarm, also der Abstand des elastischen Energiespeichers 10 von der Schwenkachse, kleiner. Der Energiespeicher 10 wird jedoch stärker vorgespannt. Die Reduzierung des Hebelarms führt zu einer Verringerung des Momentes, die Verstärkung der Spannung zu einer Erhöhung des Momentes. Bei geschickter Wahl ist es daher möglich, das Gesamtmoment, das von dem Energiespeicher aufgebracht wird, unverändert zu belassen, wenn sich die beiden Effekte gegenseitig kompensieren. Dann wird lediglich der wirksame Schwenkwinkel des Gelenks verändert und kann je nach Schwenkrichtung der Hebel 24 vergrößert oder verkleinert werden.

Im in Figur 12 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Kniegelenkes 2, bei dem das erste Ende 18 und das zweite Ende 20 des Energiespeichers 10 jeweils an einem Schlitten 22 angeordnet sind, die jedoch anders als der Schlitten 22 in Figur 9 in Figur 12 nach rechts und links verschiebbar sind. Dadurch kann die Länge der Verbindungslinie zwischen dem ersten Ende 18 und dem zweiten Ende 20, und damit die Vorspannung des Energiespeichers 10, verändert werden, indem beispielsweise der Schlitten 22, an dem das erste Ende 18 angeordnet ist, in die Einrichtung und der Schlitten 22, an dem das zweite Ende 20 angeordnet ist, in die andere Richtung verschoben wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch der Abstand der Verbindungslinie von der Schwenkachse variiert werden. In der in Figur 12 gezeigten Ausführung ist zudem ein mittlerer Schlitten 28 vorhanden, an dem der Energiespeicher 10 vorzugsweise nur anliegt, jedoch nicht befestigt ist. Er kann sich daher bei entsprechendem Schwenkwinkel zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil 6 von dem Schlitten 28 lösen und sich an den Anschlag 12 anlegen. In einer alternativen Ausgestaltung ist das Kraftübertragungselement 10 fest mit dem mittleren Schlitten 28 verbunden. Der mittlere Schlitten 28 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls nach rechts und links verschiebbar, kann jedoch unabhängig von den beiden Schlitten 22 bewegt werden. Der mittlere Schlitten 28 ist drehfest mit dem Gelenkoberteil 4 oder dem Gelenkunterteil 6 verbunden. Vorzugsweise ist in den gezeigten Ausführungsformen der Anschlag 12 verschiebbar ausgebildet. In den gezeigten Darstellungen liegt der Anschlag sehr nah an der Schwenkachse 14, so dass der Energiespeicher 10 durch die Schwenkachse 14 verläuft, wenn er am Anschlag 12 anliegt. Es ist jedoch von Vorteil, wenn der mittlere Schlitten 28 beispielsweise mittels eines Motor, insbesondere eines Elektromotors bewegt werden kann. Eine Verschiebung nach anterior, in den gezeigten Abbildungen also nach links, vergrößert das aufgebrachte Moment und kann so beispielsweise das Aufstehen aus einer sitzenden Position unterstützen.

Figur 13 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung. Auch hier sind das erste Ende 18 und das zweite Ende 20 an jeweils einem horizontal verschieblichen Schlitten 22 angeordnet und ein mittlerer Bereich des Energiespeichers 10 ist am mittleren Schlitten 28 angeordnet. Dieser ist nun frei beweglich entlang der entsprechenden Schiene und in beide Richtungen durch ein Federelement 30 Feder belastet.

Das Kniegelenk 2 gemäß Figur 14 unterscheidet sich von dem gemäß Figur 13 durch die Ausgestaltung der Federbelastung des mittleren Schlittens 28. In Figur 14 ist nur auf der der Schwenkachse 14 abgewandten Seite des mittleren Schlittens ein Federelement 30 vorhanden.

Figur 15 zeigt ein Kniegelenk, bei dem das erste Ende 18 und das zweite Ende 20 des Energiespeichers 10, der auch in diesem Fall wieder das Kraftübertragungselement bildet, an jeweils einem Schlitten 22 angeordnet sind, die entlang einer dafür vorgesehenen Schiene verschiebbar sind. Allerdings erstreckt sich diese Schiene anders als in den Figuren 9 und 12 bis 14 weder horizontal noch vertikal, sondern ist schräg angeordnet. Da die Schlitten 22 unabhängig voneinander belegbar sind, lässt sich die Vorspannung des Energiespeichers 10 und der Abstand des Energiespeichers 10 von der Schwenkachse 14 einstellen. Auch in dieser Ausgestaltung lässt sich durch geschickte Wahl der Position der Schlitten der wirksame Winkelbereich unabhängig von dem aufgebrachten Moment einstellen, wie dies bereits zu Figur 11 beschrieben wurde.

Figur 16 unterscheidet sich von Figur 15 dadurch, dass die Schienen, entlang derer die Schlitten 22 verschiebbar sind, gebogen ausgebildet sind. Die erreichbaren Wirkungen sind jedoch die Gleichen.

In Figur 17 hingegen sind jeweils 3 Befestigungsblöcke 8 vorhanden, an denen das erste Ende 18 oder das zweite Ende 20 des Energiespeichers 10 befestigbar sind. Figur 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei der der Energiespeicher 10 mit dem ersten Ende 18 am Gelenkoberteil 4 und mit dem zweiten Ende 20 am Gelenkunterteil 6 angeordnet ist. Der Anschlag 12 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel ausgehend vom Energiespeicher 10 vor der Schwenkachse 14. Dadurch wird der Schwenkwinkel zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil 6, bei dem der Energiespeicher 10 am Anschlag 12 anliegt, zu kleineren Schwenkwinkeln verschoben. Dies ist bei den anderen gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls möglich und kann je nach Bedarf individuell ausgewählt werden. Im in Figur 18 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Energiespeicher 10 mittels eines Befestigungsblockes 8 an einer weiteren Stelle am Gelenkunterteil 6 befestigt werden. Der Abschnitt des Energiespeichers 10, der sich zwischen dem Befestigungsblock 8 und dem zweiten Ende 20 befindet, wird beim Verschwenken des Gelenkunterteil 6 relativ zum Gelenkoberteil 8 nicht gedehnt und trägt somit nicht zu einer Rückstellungen Kraft oder einem Drehmoment bei. Die wirksame Länge des Energiespeichers 10 wird durch den Abschnitt zwischen dem Befestigungsblock 8 und dem ersten Ende 18 bestimmt, sodass einerseits die relative Dehnung, die dieser wirksame Abschnitt beim Verschwenken erfährt, und andererseits das erzeugte Drehmoment eingestellt werden kann.

Figur 19 zeigt schematisch das Kniegelenk 2, bei dem das erste Ende 18 und das zweite Ende 20 des Energiespeichers 10 an unterschiedlichen Befestigungsblöcken 8 angeordnet werden kann. Damit lässt sich die Vorspannung des Energiespeichers 10 einstellen. Zusätzlich sind sowohl am Gelenkoberteil 4 als auch am Gelenkunterteil 6 Schlitten 22 angeordnet, an denen der Energiespeicher 10 befestigt ist und verschoben werden kann. Dadurch lässt sich einerseits die Länge des Abschnittes des Energiespeichers 10, die sich zwischen den beiden Schlitten 22 befindet, einstellen. Wird der obere Schlitten 22 beispielsweise nach links und der untere Schlitten 22 nach rechts verschoben, dehnt sich der Abschnitt zwischen den beiden Schlitten 22 und die Vorspannung des Energiespeichers 10 in diesem Abschnitt nimmt zu. Dies ist selbstverständlich auch möglich, indem der obere Schlitten 22 nach rechts und der untere Schlitten 22 nach links verschoben wird. Zudem wird jedoch auch der Abschnitt des Energiespeichers 10, der sich zwischen den beiden Schlitten 22 befindet, relativ zum Anschlag 12 verschoben. Dadurch lässt sich der Schwenkwinkel zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil 6, bei dem der Energiespeicher 10 am Anschlag 12 anliegt, einstellen.

In Figur 20 ist das Kniegelenk gezeigt, dass neben dem Anschlag 12 im Bereich der Schwenkachse 14 einen weiteren Anschlag 32 aufweist. Dieser ist vorzugsweise lösbar und an verschiedenen Positionen am Gelenkunterteil 6 befestigbar ausgebildet. Er hat zur Folge, dass der Energiespeicher 10 bei Bedarf nicht mehr am Anschlag 12, sondern am Anschlag 32 anliegt, wenn das Gelenkunterteil 6 relativ zum Gelenkoberteil 4 verschwenkt wird. Dadurch wird das durch den Energiespeicher 10 erzeugte Drehmoment nicht reduziert, sondern beim weiteren Verschwenken der beiden Gelenkteile relativ zueinander aufrechterhalten und vergrößert. Durch die Wahl der Position des Anschlags 32 lässt sich der Drehmomentverlauf als Funktion des Schwenkwinkels beeinflussen. Selbstverständlich können auch mehrere Anschläge 32 vorhanden sein, die an unterschiedlichen Positionen am Gelenkoberteil 4 und/oder am Gelenkunterteil 6 angeordnet werden können, wodurch sich der Drehmomentverlauf weiter verändern lässt. Vorzugsweise ist die Position des Anschlags 32 und damit das Moment, das aufgebracht wird wenn der Energiespeicher an diesem Anschlag 32 anliegt, durch den Benutzer der Vorrichtung nach Bedarf einstellbar.

In den Figuren 21 a und 21 b ist eine Ausführungsform des Kniegelenks 2 in unterschiedlichen Schwenkwinkeln gezeigt. Der Energiespeicher 10 ist mittels zweier Kraftübertragungselement 16 an dem jeweiligen Gelenksteil befestigt, durch deren Länge sich die wirksame Länge des Energiespeichers 10 und damit das aufgebrachte Drehmoment einstellen lässt. Die Kraftübertragungselement 16 sind jeweils an einem Befestigungsblock 8 angeordnet, durch den vorzugsweise jeweils eine Schwenkachse definiert wird, um die die Kraftübertragungselement 16 schwenkbar angeordnet sind.

In den Figuren 22 a und 22 b ist eine weitere Ausführungsform in 2 unterschiedlichen Schwenkwinkeln dargestellt. Wie in Figur 20 verfügt das Kniegelenk über einen weiteren Anschlag 32 zusätzlich zum Anschlag 12, wobei dieser Anschlag 32 nun so gewählt ist, dass der Energiespeicher 10 um den Anschlag 32 wie dargestellt herum verläuft und an diesem anliegt, bis ein Schwenkwinkel zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil 6 erreicht wird. Danach löst er sich von diesem Anschlag 32 und liegt erst bei weiterer Verschwenkung der Gelenkteile relativ zueinander am Anschlag 12 an. Die Folge ist eine geringere Differenz in der Länge des elastischen Energiespeichers 10 und eine geringere Differenz des effektiven Hebels. Beide Effekte sorgen für eine geringere Änderung des aufgebrachten Momentes als Funktion des Schwenkwinkels zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil 6.

Die Figuren 23 a bis 23 d zeigen eine weitere Ausgestaltung des Gelenks in unterschiedlichen Schwenkwinkeln. Die Besonderheit bei dieser Ausgestaltung liegt in der Gestalt des Gelenkunterteiles 6, welches einen Vorsprung 34 aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Höhe, um die der Vorsprung 34 in Figur 23a nach ober von dem Gelenkunterteil 6 hervorsteht, einstellbar. Der Energiespeicher 10 ist mit dem ersten Ende 18 am Gelenkoberteil 4 und mit dem zweiten Ende 20 am Gelenkunterteil 6 angeordnet. Wird nun das Gelenkunterteil 6 relativ zum Gelenkoberteil 4 verschwenkt, bewegt sich auch der Vorsprung 34 auf den Energiespeicher 10 zu.

Bei einem Schwenkwinkel zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil

6, der zwischen den in den Figuren 23 a und 23 b gezeigten Winkeln liegt, wird ein extendierendes Moment aufgebracht. Dies ist in der Schwungphase eines Schrittes von Vorteil. In der in Figur 23 b gezeigten Position verläuft der elastische Energiespeicher 10 durch die Schwenkachse, so dass kein Moment aufgebracht wird. Dies ist beispielsweise in der sitzenden Position von Vorteil. Wird das Gelenkunterteil 6 noch weiter gegen den Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 14 relativ zu dem Gelenkoberteil 4 verschwenkt, wird bis zu dem in Figur 23 c gezeigten Moment, in dem das Kraftübertragungselement 16 an dem Vorsprung 34 anliegt, kein extendierendes Moment aufgebracht. Bei weiterer Verschwenkung des Gelenkunterteils 6 relativ zu dem Gelenkoberteil 4 wird erneut ein streckendes Moment aufgebracht, weil der Energiespeicher 10 durch den Kontakt mit dem Vorsprung 34 dehnt und so eine Kraft auf das Gelenkunterteil ausgeübt wird, die nicht auf die Schwenkachse des Gelenks gerichtet ist. Diese Situation ist in Figur 23 d dargestellt. Die in den Figuren 23 a bis 23 d gezeigte Ausführungsform führt folglich dazu, dass bei Schwenkwinkeln, die kleiner als der in Figur 23b gezeigte Winkel zwischen dem Gelenkoberteil 4 und dem Gelenkunterteil 6 ist, ein extendierendes Moment aufgebracht wird. Dies ist der erste Winkelbereich. Bei Schwenkwinkeln zwischen den in Figur 23 b und Figur 23 c dargestellten Winkeln, also in einem zweiten Winkelbereich, wird kein Moment aufgebracht. Bei Winkeln, die durch eine weitere Verschwenkung hervorgerufen werden, also in einem dritten Winkelbereich, wird wieder ein Moment erzeugt.

In Figur 24 a ist eine weitere Ausgestaltung dargestellt. Das erste Ende 18 des Energiespeichers 10 ist an einem Zahnrad 36 am Gelenkoberteil 4 angeordnet. Das zweite Ende 20 des Energiespeichers 10 ist an einem Zahnrad 36 am Gelenkunterteil 6 angeordnet. Die beiden Zahnräder 36 sind relativ zu ihrem jeweiligen Gelenksteil drehbar angeordnet und greifen in ein Hauptzahnrad 38 ein. Dieses ist drehfest beispielsweise am Gelenkunterteil 6 positioniert. Figur 24 b zeigt die Ausgestaltung, bei der das Gelenkunterteil 6 relativ zum Gelenkoberteil 4 um die Schwenkachse 14 verschwenkt wird. Da die Zahnräder 36 mit dem Hauptzahnrad 38 in Eingriff stehen, werden sie entlang der Pfeile verschwenkt und denen so den Energiespeicher 10 deutlich mehr, als dies ohne Zahnräder der Fall wäre. Durch Wahl der Zahnräder, insbesondere deren Zähnungszahl, Durchmesser und Umfangsform lässt sich der Verlauf des Drehmoments als Funktion des Schwenkwinkels zwischen den beiden Gelenkteile einstellen. Bezugszeichenliste

2 Kniegelenk

4 Gelenkoberteil

6 Gelenkunterteil

8 Befestigungsblock

10 Energiespeicher

12 Anschlag

14 Schwenkachse

16 Kraftübertragungselement

18 erstes Ende

20 zweites Ende

22 Schlitten

24 Hebel

26 Hebelachse

28 mittlerer Schlitten

30 Federelement

32 Anschlag

34 Vorsprung

36 Zahnrad

38 Hauptzahnrad

40 Schieber