CN110382905A - 具有转动阻尼器的假肢器具 - Google Patents

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Abstract

具有转动阻尼器(1)的假肢器具(100)，该转动阻尼器具有壳体(12)、可转动容纳在壳体上的阻尼轴(3)、在壳体(12)内的压排机构(2)和至少一个磁场源(8)，压排机构(2)具有装有作为工作流体的磁流变流体(6)的阻尼体积(60)并借此可被操作以影响阻尼轴(3)相对于壳体(12)的转动运动的阻尼。压排机构(2)包括至少两个分隔单元(4,5)，借此将阻尼体积(60)分为至少两个可变的腔室(61,62)。其中一个分隔单元(4,5)包括连接至壳体(12)的分隔壁(4)，其中一个分隔单元(5)包括连接至阻尼轴(3)的分隔壁(5)。在连接至壳体(12)的分隔单元(4)和阻尼轴(3)之间在径向上形成间隙部(26)，在连接至阻尼轴(3)的分隔单元(5)和壳体(12)之间在径向上形成间隙部(27)，且在连接至阻尼轴(3)的分隔单元(5)和壳体(12)之间在轴向上形成间隙部(25)。在此，磁场源(8)的磁场(10)的至少相当一部分穿过至少其中两个所述间隙部(25‑27)。

Description

具有转动阻尼器的假肢器具
本发明涉及具有转动阻尼器的假肢器具，其中该转动阻尼器包括壳体和可转动容纳在壳体上的阻尼轴和在壳体内的压排机构。在壳体中设有具有作为工作流体的磁流变流体的阻尼体积用于影响阻尼轴相对于壳体的枢转运动或旋转的阻尼。
在现有技术中公开了具有阻尼器的各种不同的假肢器具，借此可以实现例如膝盖的旋转运动的阻尼。就是在膝假肢器具中，所需的或所期望的制动力矩相对高以保证可靠舒适的功能。因为在假肢器具中所需的和可供使用的枢转角度或旋转角度受限，故已知的转动阻尼器通常无法足够灵活地使用，或者所需的制动力矩太小，以致制动力矩无法或无法足够快速地被改变或者无法被调节为强大。
含油的旋转阻尼器和外部控制阀是现有技术。尤其在假肢器具中，但也在其它用途中，占地需求小是很有利的。这意味着，工作面小且因此必须增大工作压力(100巴以上)，以便能产生相应的面积压力和进而力或力矩。这些致动器的缺点是必须很精确地制造相对运动的部件以便在间隙中出现尽量高的压力损失和进而得到密封作用。
狭小的间隙尺寸和容差范围小的滑动副增大了液压和机械基本摩擦/力矩，这不利地影响到功能性和响应行为。进而，估计到有严重的机械磨损和短暂的维修间歇期。因为它此时通常涉及内轮廓和矩形或奇形怪状的构件/密封边缘并且最好必须打磨以便容差/间隙相应良好，则其成本很高。替代地安装密封件在所述轮廓、压力情况下也是复杂且成本密集的。尤其困难的是密封所述边缘或例如轴向轮廓至径向轮廓的过渡处。此外，所述密封造成大的基本摩擦或基本摩擦力或力矩。
因此，本发明的任务是提供一种具有简单构造的转动阻尼器的假肢器具，为此可以实现阻尼的灵活调节，也允许阻尼大的力和转矩。
该任务通过一种具有权利要求1特征的带转动阻尼器的假肢器具来完成。本发明的优选改进方案是从属权利要求的主题。本发明的其它特征和优点来自概述和实施例说明。
本发明的假肢器具包括至少一个转动阻尼器并且具有壳体和可转动容装在壳体上的阻尼轴、在壳体内的压排机构和至少一个磁场源。在此，压排机构具有带有作为工作流体的磁流变流体的阻尼体积并借此可被操作以影响阻尼轴相对于壳体的转动运动的阻尼。在此，压排机构包括至少两个分隔单元，该阻尼体积或在阻尼器壳体内的阻尼体积借此被分为至少两个可变的腔室，其中的至少一个所述分隔单元包括连接至壳体的分隔壁。至少其中一个所述分隔单元包括连接至阻尼轴的分隔壁并优选可设计成枢转翼片。在径向上，在连接至壳体的分隔单元和阻尼轴之间形成一个(第一)(径向)间隙部或间隙。第一间隙部基本沿轴向延伸。在径向上，在连接至阻尼轴的分隔单元和壳体之间形成另一个(或者说第二)(径向)间隙部。所述另一个或第二间隙部至少有相当一部分在轴向上延伸。在轴向上，在连接至阻尼轴的分隔单元与壳体之间至少还形成一个(或第三)(轴向)间隙部。这个(或第三)间隙部至少有相当一部分在径向上延伸。磁场源磁场的至少相当一部分穿过至少两个所述间隙部。
每个间隙部可以设计成单独间隙或者两个以上的间隙部可以是同一条间隙的部分。
每个间隙部具有延伸方向或走向和横向于走向的间隙高度。单纯的轴向间隙部在径向上和/或在周向上延伸。该间隙高度在轴向上延伸。单纯的径向间隙部在轴向上且或许也在周向上延伸。
在此，第一和第二间隙部尤其最好基本在轴向上延伸，而间隙高度总是基本在径向上延伸。第三间隙部尤其最好被设计成轴向间隙部，从而间隙高度基本在轴向上延伸。而该间隙部基本在径向和/或在周向上延伸。
所述间隙或间隙部可以分别设计成线状。但每个间隙部也可以具有一个或多个弯曲或者仅分别由弯曲的间隙部构成。
本发明的假肢器具有许多优点。本发明假肢器具的一个显著优点在于，在转动阻尼器中的两个以上的间隙部和最好所有间隙部通过磁场源磁场而根据需要被密封。由此，所述间隙或间隙部可以设计成具有足够大的间隙高度，以便提供小的基本摩擦。但另外在主动磁场情况下获得的严密密封，从而允许大阻尼值。不需要为了不出现泄漏而选择很小的间隙高度。泄漏不是通过间隙尺寸(间隙高度)来防止的，而是通过磁密封。
而在具有在单纯油循环中的传统密封的假肢器具中，必须在应该获得强密封时选择很小的间隙尺寸。由此同时也造成空转时的高的基本力矩和相应严重的密封磨损。这根据本发明得以避免。
磁场源优选包括至少一个可控的电线圈用于影响磁场强度。为此，阻尼强度和最好还有密封强度受到影响。尤其是，相当一部分的磁场源磁场至少穿过两个间隙部并且依据磁场强度至少同时影响两个所述间隙部。通过可调的磁场强度，阻尼强度可以被自适应调整。
利用可控的电线圈，可以灵活调节出具有期望强度的磁场。对此，调节出具有期望强度的阻尼。同时，尤其也由此调节至少两个间隙且尤其是所有径向和轴向间隙的密封强度。当该磁场弱时基本摩擦小，并且当相对压力或转矩大时密封强。因此可以提供比现有技术高许多的相互作用，因为不仅真正的阻尼受到影响，密封也受到影响。
实际上有如下制动力矩在作用，其由所存在的基本力矩和阻尼力矩加和组成。在此，基本力矩和阻尼力矩分别受到(与时间相关的且可按时间来控制的)有效磁场的影响。在待阻尼的力和力矩小的情况下，以较小的磁场强度产生较小的基本摩擦(基本力矩)。在待阻尼的力和力矩较大时，以较大的磁场强度产生较大的基本摩擦(基本力矩)。较大的基本力矩在相应较大的制动力矩情况下不利地影响到响应特性。尤其是，在中间工作范围内(尤其正好在中间)的制动力矩与基本力矩之比大于2:1且优选大于5:1且更优选大于10:1。
在一个尤其优选的设计中，每个间隙部被设计成间隙。这些间隙可以设计成部分相互交接或彼此分开。于是可行的是，本申请中的术语“间隙部”一般用术语“间隙”代替。
本发明意义上的假肢器具不仅是指假肢，也是指外骨骼装置或矫形器装置且尤其是外骨骼或矫形器。
在一个优选设计中，磁场源的磁场的相当一部分穿过在壳体与至少其中一个分隔单元之间的至少一个且尤其是两个在对置两端形成的轴向间隙部，以密封侧轴向间隙。通过在那里经过的磁场，存在于轴向间隙中的磁流变颗粒相互结链，从而进行完全的并且在高压下也有效的密封。替代地或附加地，磁场也可以对在连接至阻尼轴的分隔单元和壳体之间的至少一个径向间隙部或间隙施以作用，从而在磁场起效时也密封该径向间隙(间隙部)。
在一个优选的改进方案中，至少其中一个所述间隙部设计成阻尼间隙，至少其中一个间隙部设计成密封间隙。在此，至少一个阻尼间隙优选具有比密封间隙大(许多)的间隙高度。尤其是，阻尼间隙的间隙高度至少是密封间隙的间隙高度的两倍或至少四倍或至少八倍。优选的是密封间隙的间隙高度大于10微米，尤其大于20微米，优选在约20微米至50微米之间。而阻尼间隙的间隙高度优选大于100微米，优选大于250微米，间隙高度优选在200微米和2毫米。在有利设计中，阻尼间隙的间隙高度可以在(约)500微米和1毫米之间。
原则上，所有的间隙部有助于阻尼或影响阻尼。经过阻尼间隙(具有较大间隙高度)可以有效地通过控制装置来控制，从而可准确调节起效的制动力矩。经由具有较大间隙高度的阻尼间隙，可以输送相应大的体积流。
优选地，该磁场源包括至少一个电线圈。也可行的是采用两个、三个或更多的电线圈来形成磁场源磁场。也可行的是该磁场源包括至少一个永磁体或者该磁场源配属有至少一个永磁体。
在优选改进方案中，在连接至阻尼轴的分隔壁的两个轴向端上分别形成在壳体和分隔壁之间的一个(端侧)轴向间隙部或间隙。优选地，磁场源的磁场至少相当一部分穿过了在壳体和分隔壁之间的两个轴向间隙部并且造成这两个(端侧)轴向间隙部的密封。于是，所述间隙部是第三间隙部和第四间隙部。于是，通过该磁场来密封在两端侧的轴向间隙。穿流的控制也可以通过控制在密封间隙处的磁场强度受到影响。
但起到决定性作用地，穿过所述阻尼间隙或阻尼间隙部受到影响。
也可行的是采用非矩形的分隔单元。例如所述分隔单元可以设计成半圆形并且容纳在壳体内的相应半圆形的容槽中。于是，也出现了具有(部分或主要)轴向取向和(部分或主要)竖直取向的间隙或者间隙部。本发明意义上的两个间隙部也可以是指一个连续间隙的不同取向的部段。
优选设有两个电线圈，它们尤其是分别邻近阻尼体积布置。优选地，各有一个可控的电线圈分别对应配属于一个轴向间隙。尤其是，各有一个可控的电线圈分别沿轴向朝外地安装在一个轴向间隙的附近。
在所有设计中优选的是，该磁场的走向横向于至少其中一个间隙部。
尤其是，该磁场横向于至少两个、三个或更多的间隙部延伸。通过一个横向于间隙部延伸的磁场来获得很强的作用。在此，该磁场可以垂直于间隙部取向。但该磁场也可以斜穿过间隙部。
优选的是至少一个径向间隙部被设计成阻尼通道并在径向上布置在连接至阻尼轴的分隔单元与壳体之间。也可行且优选的是至少一个轴向间隙部被设计成阻尼通道并在轴向上布置在连接至阻尼轴的分隔单元和壳体之间。
尤其优选地，轴向间隙和径向间隙都通过磁场源磁场被密封。
优选地，磁场源磁场的至少相当一部分穿过该阻尼通道。尤其优选地，磁场源磁场的至少相当一部分穿过所有的间隙部。磁场的“相当一部分”尤其是指超过10％的份额，优选是超过25％的份额。
在所有设计中也可行的是，至少一个间隙部通过机械密封机构被密封。密封机构的任务是防止或限制从一个空间至另一个空间的物质转移、压力损失/压力降。这样的机械密封机构可以是机械密封例如密封唇、密封条、扁平密封、异型密封、密封垫或者O形环或方环等。例如，在连接至壳体的分隔单元和阻尼轴之间延伸的间隙部可以通过机械密封机构被密封，而在连接至阻尼轴的分隔单元和壳体之间的间隙部与轴向间隙部承受磁场源磁场的作用以调节出期望的阻尼。
在所有设计中尤其优选的是，该壳体包括第一和第二端部并且在两者之间包括中间部。在此该中间部尤其也可以由两个以上的单独部段构成。尤其是在两个端部的至少一个中并且尤其在两个端部中分别容纳有一个电线圈。在此，线圈轴线尤其基本平行于阻尼轴取向。由此获得紧凑结构，此时通过磁场源磁场可获得严密密封。假肢器具阻尼器的紧凑结构是很有利的。
该壳体优选至少大部分由具有大于100的相对磁导率的导磁性材料构成。相对磁导率尤其大于500或大于1000。此时可行的是整个壳体由这样的材料构成或还是基本上或至少大部分由这样的材料构成。至少其中一个邻接阻尼体积的壳体部尤其最好由导磁性材料构成。
优选地，沿轴向与电线圈相邻地在壳体内设置有一个(单独)环。该环尤其在轴向上布置在该电线圈和该阻尼体积之间。
可行的是，所述环和/或电线圈基本上或近似完全地或完全地在径向上比阻尼体积更靠外。所述环优选轴向相邻且邻接壳体中间部。在这样的设计中优选的是该环至少基本上或完全由具有小于10的相对磁导率的材料构成。环材料的相对磁导率尤其小于5或甚至小于2。该环就此优选地由不可导磁的材料构成。该环例如可以由奥氏体钢构成。该环的材料具有这样的导磁性，即可靠阻止磁场源磁场的磁短路。该环在这样的设计中尤其被设计成扁平的环片或空心柱。
在其它设计中，所述环和/或电线圈(基本上)不靠近壳体中间部布置。于是可行且优选的是，所述环和/或电线圈在径向上更靠内和/或至少部分或完全邻近阻尼体积来布置。所述环可以被设计成空心柱体并且尤其是设计成空心截头圆锥形。于是，径向上朝外地，该环具有比径向靠内的部分更小的壁厚。所述环的横截面具有倾斜走向。在这样的设计中，该环优选由导磁性材料构成。环材料的相对磁导率于是优选大于10，尤其优选大于50且尤其大于100。此设计是很有利的，因为由此在电线圈区域内可靠防止经由(轴向)间隙部的可能泄漏。该环优选具有包括空心柱形内部的截头圆锥体形状并且由导磁性材料构成。通过这样的设计，在将线圈布置在阻尼体积侧旁的情况下防止了在线圈区域内的泄漏，尤其当作用的磁场足够强以致环材料磁饱和时。
在所有设计中，通过在端侧的轴向间隙的磁密封来增强阻尼。此外，防止由流出的磁流变流体造成的在轴向间隙内的压力损失。
在所有设计中尤其优选的是，磁流变流体通过阻尼轴和壳体的相对枢转运动经由至少一个(阻尼)间隙从一个腔室被送入另一个腔室。
可行且优选的是，在阻尼轴上形成分散于周围的两个以上的分隔单元。于是，优选在壳体上形成相应两个以上的分散于周围的分隔单元。优选地，各有一个连接至阻尼轴的分隔单元与一个连接至壳体的分隔单元合作。通过多个分隔单元对可以增大最大有效制动力矩。当只有一个分隔单元形成在阻尼轴上且只有一个分隔单元形成在壳体上时，在阻尼轴和壳体之间的最大可能枢转角度一般小于360°或者(都快)等于360°。如果分别采用两个分隔单元，则最大枢转角度达到(一般略小于)180°。与此相应，如果在阻尼轴和壳体上设有四个分隔单元，则通常仅可以实现小于90°或达到90°的枢转角度，中一般足以用于膝关节的假肢器具。当需要大的制动力矩时，可以通过简单手段提供一种假肢器具。
优选地，在相应数量的分隔单元情况下形成相应许多个腔室或腔室对，于是在枢转运动时其中一部分腔室或腔室对分别形成高压腔室，而另一部分分别形成低压腔室。优选地，于是所述高压腔室或低压腔室通过相应的连接通道相连，以便随时提供在单独的高压腔室或单独的低压腔室之间的压力平衡。转动阻尼器的有效性总体上未不利地影响这种连接通道，因为理论上讲在所有的高压腔室(低压腔室)内应该随时存在相同的压力。但事实表明，通过相应的连接通道可以改善功能性并且能补偿可能的公差。
在优选设计中设有具有补偿体积的补偿机构。该补偿机构尤其用于实现泄漏补偿和/或温度补偿。可通过补偿机构在变化的温度下提供体积补偿。此外，可以保证更好的长期功能性，因为通过相应的补偿体积也能长时间补偿泄漏损失而没有影响到功能性。
在所有前述实施方式和设计方案的优选设计中，该补偿体积通过一个阀单元连接至所述两个腔室(高压侧和低压侧)。此时，该阀单元优选设计成建立在该补偿体积与一个低压腔室之间的连通并阻断在补偿体积与高压腔室之间的连通。在简单设计中，所述功能性通过一个阀单元的双阀来提供，在此，该阀单元的两个阀当在邻接腔室内存在比在补偿体积内更高的压力时分别关闭。这导致了当在各自低压腔室内的压力降低或升高时从补偿体积自动输出物质体积或其被输入补偿体积中。
在特别优选的设计中，补偿机构或其一部分安装在阻尼轴内。这节约了结构空间。这在许多假体中是不足的。阻尼轴尤其在内部具有空腔。该空腔优选可从阻尼轴的(至少)一个轴向端接近。尤其是，空腔的至少一部分或者整个空腔被设计成圆空心柱形或常规设计的空心柱形。在空腔内或空心柱内，优选形成用于分隔活塞的滑动面，以便将空气腔室或流体腔室与尤其填充有MRF的补偿体积分隔开。该补偿体积优选借助至少一个连接通道与至少一个腔室相连，以便在例如温度波动或MRF泄漏损失时提供体积补偿。
该阻尼轴在所有设计和改进方案中可以设计成是一体式的。在优选设计中，该阻尼轴被设计成是两件式或三件式或多件式的。优选地，这两个、三个或更多部分可相互抗转动联接或接合。在补偿机构如前所述容纳在阻尼轴(空心轴)的中空部分中的一个设计中，优选设有连接轴，其轴向连接且抗转动联接至该空心轴。连接轴和空心轴优选可以在轴向上相互螺纹连接。
在所有设计中优选的是，至少一个通道从内部延伸向壳体的表面，该通道在内部连通至至少一个腔室并且在外端例如可通过封塞被封闭。于是可以根据需要外接上一个外部补偿机构。一个或许存在于阻尼轴内的空腔可以通过该插入件被填充。
优选在该壳体上设有至少一个传感器、尤其是至少一个角度传感器和/或至少一个位移传感器。在优选设计中可以设置绝对角度或位移传感器和/或相对角度或位移传感器。通过例如不准确的绝对传感器，于是总提供近似值，而利用相对传感器于是在成功运动时确定了可以可供使用的精确值。由此例如在关停后总是存在“差不多”正确的值，所述控制能首先以此开始。
在壳体且尤其是壳体外侧面上优选形成至少一个机械止挡，其与阻尼轴合作并提供有效的枢转角度限制，而该分隔壁不会走到头。这简化了部件强度的机械设计。
在所有设计中优选的是设有用于检测磁流变流体温度的温度传感器。借助这样的温度传感器，可以执行匹配于当前存在温度的控制，从而转动阻尼器的行为与磁流变流体温度无关地总是一样。
在所有设计中尤其优选的是，磁流变流体的阻尼循环完全设置在壳体内。由此实现很简单且紧凑的结构。
优选地设有角度传感用于检测阻尼轴角位的数值。由此可以实现阻尼的根据角度的控制。例如可以在终点位置附近调节出增强的阻尼。
在所有设计中优选的是，设有用于检测阻尼轴上的转矩特征值的载荷传感器。由此，于是可以进行与载荷相关的控制，以便例如最佳充分利用尚可供使用的阻尼路径。
在所有设计中也优选的是，包含至少一个传感器装置，其用于检测周围物体的位置和/或距其的距离。在此，该控制装置优选设计和设立用于依据传感器装置的传感器数据控制该转动阻尼器。
在一个优选改进方案中，假肢器具包括控制装置和/或多个尤其相互连接的转动阻尼器。尤其是，具有多个连上的转动阻尼器的假肢器具允许多种多样的用途。因此，例如可以在假腿器具中装入多个相互连网控制的阻尼器。
在所有设计中，带有转动阻尼器的假肢器具可以多种多样使用。本发明假肢器具的一个显著优点在于该压排机构配备有作为工作流体的磁流变流体。由此，由控制装置控制地可以实时地即在少量毫秒(不到10毫秒或20毫秒)内调整好磁场源磁场，因此也实时地调节好加在阻尼轴上的制动力矩。
假肢器具的转动阻尼器具有压排机构。该压排机构具有阻尼轴和回转的压排件。在此，阻尼轴的转动运动(可监控和控制)可被阻尼。压排机构包含作为工作流体的磁流变流体。它配属有至少一个控制装置。此外，设有或包含至少一个磁场源，其具有至少一个电线圈。磁场源可通过控制装置被控制并且磁流变流体可通过磁场被影响以调节阻尼轴和假肢器具的连接件的转动运动阻尼。
这种假肢器具是十分有利的。一个优点在于该压排机构配备有作为工作流体的磁流变流体。由此，当转动阻尼器应该施加相应的制动力矩时，可以在该控制装置的控制下实时地即在少许毫秒(不到10毫秒或20毫秒)内调整好磁场源的磁场，因此也实时调节好邻近于阻尼轴的制动力矩。转动阻尼器的结构简单而紧凑并且需要少量构件，因此可以低成本地制造假肢器具。
带有转动阻尼器的本发明假肢器具的结构简单而紧凑并且需要少量构件，因此假肢器本身可以作为(大)批量件来低成本制造。在所有设计中也可行且优选的是，该磁场源包括至少一个(附加)永磁体。通过永磁体可产生有目的的静磁场以便例如产生或提供具有规定大小的基本力矩。永磁体磁场可通过磁场源的电线圈来有目的地加强或减弱，从而该磁场优选可在0-100％之间任意调节。结果就是产生相应的制动力矩，其也最好可以在0-100％之间调节。在磁场关停或减小到低值的情况下可行的是产生小的或很小的基本力矩。
可行且优选的是，借助电线圈的至少一个磁脉冲的永磁体的磁化被连续改变。在这样的设计中，该永磁体受到线圈磁脉冲的影响，使得永磁体的场强被连续改变。在此，永磁体借助磁场发生装置的磁脉冲的长久磁化可以被调节到在零与永磁体顽磁之间的任意值。磁化的极性也是可变的。用于调节永磁体磁化的磁脉冲尤其不到1分钟、优选不到1秒钟，尤其最好等于不到10毫秒的脉冲长度。作为脉冲的效果，在永磁体内的磁场的强度和形状持久保持不变。磁场的强度和形状可以通过磁场发生装置的至少一个磁脉冲被改变。通过被阻尼的磁交变场可以进行永磁体的退磁。
例如，AlNiCo适合作为用于这种具有可变磁化的永磁体的材料，但也可以采用具有相似的磁性能的其它材料。还可行的是，代替永磁体地由具有高余磁(高顽磁)的钢合金制造整个磁回路或其部分。
可行的是利用该永磁体产生长期静态的磁场，该磁场可由线圈动态磁场叠加以调节出期望的场强。在此，可以通过线圈磁场来任意改变当前场强值。也可以使用两个可分开控制的线圈。
在所有设计中优选的是，该永磁体至少部分由硬磁性材料构成，其矫顽强度大于1kA/m，尤其是大于5kA/m，优选大于10kA/m。
永磁体可以至少部分由如下材料构成，其具有的矫顽强度小于1000kA/m，优选小于500kA/m，尤其优选小于100kA/m。
在所有设计中优选的是设有至少一个蓄能器。尤其是该蓄能器是可再充能的。蓄能器尤其设计成是移动式的并且可以安置在假肢器具或转动阻尼器上，或甚至被集成在其中。例如，蓄能器可以设计成蓄电池或电池。
转动阻尼器也可以用于阻尼两个部件之间的转动运动，在这里，例如机动车的车门或后备厢盖或翼型车门或发动机罩的转动运动被阻尼。也可以投入使用在机器上以阻尼机器上的转动运动。
本发明的假肢器具例如可以设置用于髋、足或手臂并且包括至少一个带有转动阻尼器的旋转关节。也可以采用或形成作为矫形器的假肢器具，其包括至少一个转动阻尼器。通过相应方式，该矫形器也能相应配备。
在此所述的假肢器具的转动阻尼器可以具有很紧凑的结构并且很廉价地制造。通过借助磁流变流体的磁密封，可以获得强的密封作用。可以获得100巴以上的高的最大压力。
在本发明的假肢器具中，可以通过加载至电线圈的电流无级别、可变且很快速地调节力曲线。
该假肢器具也可以有利地与计算机或智能手机逻辑连接以便调节假肢器具和/或记录下其工作方式。于是在计算机或智能手机中编程理想的设定条件。
一个弹簧可被集成到假肢器具中。弹簧可以作为扭簧、螺旋弹簧、板簧或空气弹簧/气体弹簧与其它部分有效连接。
优选地，这两个半部在断电状态下耦接(如借助永磁体或磁场回路中的顽磁)并且借助电流来任意退耦。
借助有创意的特征，即便在复杂轮廓和轮廓转变时也能以较低的技术成本和费用获得大的压降。
例如呈假肢或矫形器或外骨骼形式的另一个本发明假肢器具包括转动阻尼和壳体、至少一个磁场源和配备有磁流变流体的阻尼体积，阻尼体积通过至少一个连接至阻尼轴的分隔单元被分为至少两个(可变的)腔室。在分隔单元和壳体之间形成多个间隙部。所述壳体、磁场源和分隔单元设计和设立用于使磁场源的磁场经过分隔单元与壳体之间的主要间隙部。
优选设有至少一个分隔单元，其连接至该壳体。尤其在所述分隔单元和轴之间形成一个间隙部，其可被磁场源的磁场充斥。
尤其是连接至该轴的分隔单元被设计成枢转翼片。
在枢转翼片和壳体之间最好形成一个径向阻尼间隙和两个轴向密封间隙。
优选包括至少一个带有至少一个可控电线圈的磁场源。尤其是依据磁场强度来调整阻尼强度。
在本发明的用于阻尼带有转动阻尼器的假肢器具运动的方法中，假肢器具的转动阻尼器具有至少一个磁场源和配备有磁流变流体的阻尼体积，该阻尼体积通过至少一个连接至阻尼轴的分隔单元被分为至少两个腔室。在分隔单元和壳体之间形成多个间隙部。在分隔单元和壳体之间的主要间隙部(根据需要)充斥着磁场源的磁场以影响所述阻尼且尤其调节阻尼强度。
该磁场源包括至少一个可控的电线圈并通过磁场强度来控制阻尼强度。受控磁场最好同时在主要间隙部中作用。为此，不仅控制所述阻尼，也控制所述密封强度，进而改变基本力矩。基本力矩于是在磁场强度小时小许多。
原则上也可以安装永磁体以便在MRF中间隙密封。在此可安装一个永磁体或多个永磁体。原则上，它们起到机械(橡胶)密封件的作用。这也不利于摆动的构件并且也在压力范围中内移。也可以在矩形面上实现这种密封。这样的密封与电气线圈(电线圈)不合或无法简单相容，因为它们实际上必须被“居中”集成到磁回路中，优选在无压力区域中并且以固定的缆线且大致作为线圈部分。因此，这种安装比永磁体时复杂许多。尤其当人们想要以尽量少的电线圈分别影响超过一个的间隙或甚至所有的间隙。在本发明中，线圈不经受压力并且能正常卷绕。总之，所述结构可以很简单廉价地制造。此外，基本力矩随着所产生的磁场的强度而变化。在磁场很弱或无磁场时，调节出很小的摩擦，因为间隙大。
在所有设计中，人们可以通过分隔单元数量或翼片数量来改变枢转角度。在一个分隔单元的情况下，获得约300°的枢转角度。在两个分隔单元的情况下，枢转角度约为120°，在四个翼片情况下约为40°。设置的分隔单元越多，可传递的力矩越大。
也可行的是，两个以上的分隔单元(枢转翼片)前后相继接设，就是说串联。一个单独的分隔单元容许约300°枢转角度。当人们将输出轴连接至第二转动阻尼器的壳体时，人们可以在第二转动阻尼器的输出轴上看到600°。在使用需要超过300°时，人们可以增大枢转角度。这可以在适当交错的情况下以节省结构空间的方式实现。
申请人保留要求保护假肢器具制造方法的权利，在此，首先进行将来使用者的身体的或代表性仿形的至少一部分的至少两维或三维的扫描。利用此时获得的数据，可以确定基本的形状和尺寸，在此，可以进行人工修改。尤其可以选择设计。优选地，所确定的结构数据被转交给加工装置，在此，这样的加工装置例如可以是3D打印机，或者可以包含这样的3D打印机。在真正假肢器具的主体或壳体的可能有的再处理和/或装饰以及其它部件和部分(控制、缆线、转动阻尼器部分、外皮)的安装后，如果还需要则可以执行对使用者身体的机械调整。
在此，所述制造也可以在外部通过例如服务商如手工厂或其它配件供应商进行。
原则上存在例如线性工作过程，在此目前在每个节点有一个服务商或工业企业或服务。未来，整个过程可通过参与其中的加工步骤的串接来简化。因此，一些或甚至全都可集并到一位服务商手中或某些服务是外协的。这样的外协劳务例如可以由大学或医疗机构、竞赛机构、老兵机构或康复机构来提供。具有3D打印机的服务商也可算在其中。
在一些加工步骤中也可以规定替代可行方式。例如在三维打印中，一种替代可选方式可以是假肢提供的动作，或者假肢主体在CNC中加工或者通过机器或手工由木材或其它合适材料加工或例如雕刻。
在设计的加工步骤中可以采用一个程序或“应用”，借此在输入(或转送)特殊参数情况下操作一个常见的CAD程序(或取代)。就是说，身体数据被加入或输入。在例如一个菜单中，人们可以输入或选择体重。从现有的书目中可以选择某些设计模型和/或技术参数。例如也可以实现某些磁流变模块(MRF模块)的选择。
也可行的是，提供一个程序或该程序提供合适的(身体)结构。服务提供商也可以例如提供培训或安装。
可选地，客户可以通常通过其计算机或具体通过其智能手机输入一些参数以选择模式或配备特征。
可能的是，假肢器具主要紧设置用于“阻尼”，尤其当没有设置弹簧或仅设置一个小弹簧用于偏置和(突然)放开。加入弹簧也是可行的。为此，可以设置一个模块系统。在拉伸阶段和压缩阶段中的阻尼和或许弹动是可行的。
本发明的其它优点和特征来自以下参照附图来描述的实施例说明，附图示出：
图1示出具有多个转动阻尼器的本发明的第一假肢器具；
图2示出本发明的第二假肢器具；
图3示出根据图1的假肢器具的转动阻尼器的局剖视图；
图4示出用于本发明假肢器具的转动阻尼器的剖视示意图；
图5示出用于本发明假肢器具的另一转动阻尼器的剖视图；
图6示出假肢器具的转动阻尼器的局剖视图；
图7示出根据图6的转动阻尼器的剖视图；
图8示出用于假肢器具的另一转动阻尼器的截面图；
图9示出图8的截面B-B；
图10示出图9的放大细节；
图11示出本发明假肢器具的转动阻尼器的横剖视图，同时绘制出磁场走向；
图12示出根据图11的转动阻尼器的另一横剖视图，同时绘制出磁场走向；
图13示出本发明假肢器具的转动阻尼器的横截面示意图；
图14以不同视图示出假肢器具用阻尼轴；
图15示出假肢器具的又一个转动阻尼器的剖视图；
图16示出本发明假肢器具的另一转动阻尼器的横截面示意图；
图17示出具有带扭杆的转动阻尼器的假肢器具；
图18示出另一个本发明假肢器具的转动阻尼器的局剖视图；
图19示出根据图18的假肢器具的转动阻尼器的横剖视图；
图20示出根据图18的假肢器具的转动阻尼器的纵剖视图；和
图21示出根据图18的假肢器具的转动阻尼器的一个替代实施方式。
图1示出本发明的假肢器具100，其在此设计成假腿100并且包括一个或多个转动阻尼器1。本发明的假腿100在此包括三个功能相似或相同设计的转动阻尼器1，其中一个转动阻尼器1安置在髋关节上，另一个转动阻尼器1安置在膝关节上，第三个转动阻尼器1安置在踝关节上。这些转动阻尼器1通过流体管线15相互连接并且也相互电连接，从而可以实现假肢器具100的连网控制。控制装置7和蓄能器37也被集成到假肢器具100中。转动阻尼器1在此针对在转动阻尼器1中达到约180°或90°的转动运动被设计用于膝关节和踝关节。
图2示出安装在呈下肢假体形式的假肢器具100上，其中在这里，也安装两个相互连网的转动阻尼器1，即一个在肘关节上，一个在手腕上。
图3示出例如图1的假肢器具100的转动阻尼器的局部剖视图。假肢器具100的转动阻尼器1具备壳体12和阻尼轴3，它们设计成可相对转动。阻尼轴3通过滑动轴承44可转动地安装在壳体12内。壳体12在此由三个部段或壳体部组成，即第一端部22和在另一端的第二端部24以及设置在两者之间的中间部23。在这里，每个部或部段是一个单独件，它们在安装时相互联接。但也可行的是一个单独的或两个构件形成三个壳体部或部段。
在两个端部22、24中分别容纳一个环绕的电线圈9，其用于产生阻尼所需的磁场。转动阻尼器1的内腔提供阻尼体积60。在壳体中形成压排机构2，其包括分隔单元4、5。分隔单元4、5将阻尼体积60分隔为两个以上的腔室61、62。在此，分隔单元4被设计成分隔壁并且固定联接至壳体12。分隔单元5也被设计成分隔壁或枢转翼片并且固定联接至阻尼轴3。优选地，分隔单元5被设计成与阻尼轴3成一体。阻尼体积60在此填充有磁流变流体6。阻尼体积60的对外密封通过壳体部22内的密封28进行。在转动运动时，分隔单元4、5压排装在阻尼体积内的磁流变流体(MRF)，从而一部分的MRF从一个腔室溢流到另一腔室。
在壳体部22内的磁场源8在此由电线圈9构成并且还可以包括至少一个永磁体39，它们分别设计成环形并且容纳在壳体部22中。在此在实施例中，在两个端部中设有电线圈9和或许还有永磁体39。永磁体39预定了规定磁场强度，该磁场强度可通过电线圈9被调制并因此可以被消除或增大。
在这里，两个分隔单元4从壳体起径向朝内突入阻尼体积60中。分隔单元4形成分隔壁并因此限制阻尼轴3的可能的转动运动，在阻尼轴上也形成两个从阻尼轴起径向向外突出的分隔单元5。阻尼轴3的转动使分在此形成枢转翼片的隔壁5旋转。
在此，电线圈9在实施例中沿径向相对远地外设并且在这里沿轴向向内分别由一个导磁环或仅略微导磁的环20界定，该环用于塑形磁场走向。环20呈空心柱形状。
在此在分隔单元5内能看到在图5和图14的说明中还将详述的连接通道63。
图4示出了所简单构造的假肢器具100的转动阻尼器1的横截面。该压排机构在此仅包括一个(唯一)分隔单元4，其径向朝内地从壳体延伸入阻尼体积60中。阻尼轴3可转动地容纳在壳体内，在此，仅一个分隔单元5在该阻尼轴上径向朝外延伸。通过压排机构2的作为分隔壁的分隔单元4、5，阻尼体积60被可变地分为两个腔室61、62。当阻尼轴顺时针转动时，腔室61的体积被缩小且腔室62的体积被增大，而在反向转动运动时腔室61的体积相应增大。
图5示出另一实施例的横截面图，其中在这里，各有两个分隔单元被固定在壳体和阻尼轴3上。分别对称布置的分隔单元4、5因此允许阻尼轴3旋转运动几乎180°。在单独的分隔单元4、5之间形成两个腔室61、61a和62、62a。如果阻尼轴3被顺时针转动，则腔室61、61a形成高压腔室，而腔室62、62a于是是低压腔室。
为了造成在两个高压腔室61、61a之间的压力平衡，在腔室61、61a和62、62a之间设有相应的连接通道63。
在分隔单元5的径向外端和原则上呈柱形的阻尼体积60的内周面之间形成一个径向间隙27，它在此作为阻尼通道17。此外，在分隔单元4的径向内端和阻尼轴3之间形成多个径向间隙26。该间隙26在此被安排成容许阻尼轴3的完美的可转动性，并且可靠避免在阻尼体积60中的磁流变流体内的磁流变颗粒在间隙26处卡死。为此，间隙26必须具有至少一个大于磁流变流体内的颗粒的最大直径的间隙高度。
这种尺寸达到约10微米至30微米的大的间隙26通常将用于允许显著的漏流流过间隙26。由此有效防止在腔室61或62内形成压力。这根据本发明是如此来防止的，间隙26也承受磁场作用，从而至少当应该加载制动力矩时也实现间隙26的磁流变密封。由此进行可靠密封，从而能基本避免压力损失。
图6示出根据本发明的带有转动阻尼器1的假肢器具100的另一实施例。转动阻尼器1具备可转动安装在壳体12内的阻尼轴3。阻尼轴3或壳体连接至可彼此相对转动的接头11、13。阻尼体积60通过分隔单元4、5又被分为腔室61、62，就像在根据图5的实施例中那样。
在这里，壳体12也由三个壳体部段或者壳体部组成，其中在轴向靠外的壳体部中分别容纳有一个用于产生所需磁场的电线圈9。
通过电流接线端16，转动阻尼器1被供应电能。传感器装置40用于检测角位。还可能的是用传感器装置测知磁流变流体的温度值。信号转送通过信号线48进行。
分隔单元4位置固定地容装在壳体12里并且优选在安装时被装入该壳体中且与之固定联接。为了防止在分隔单元4区域内磁短路，优选在分隔单元4与壳体部22或24之间设有绝缘体14。
在图6中能看到补偿机构30，其包括对外通过盖35被封闭的空气腔室32。分隔活塞34一直向内连接至空气腔室32，分隔活塞将空气腔室32与补偿体积29分隔开。补偿体积29填充有磁流变流体并且在温度波动时提供补偿。此外，补偿体积29作为在连续运行中出现的泄漏损失物的储腔。
图7示出根据图6的假肢器具的转动阻尼器的横截面，其中在此能看到各有两个对置的分隔单元4、5布置在壳体中或者固定在阻尼轴3上。在单独的分隔单元4、5之间，在阻尼体积60内出现腔室61、61a和62、62a。由于分别安装入两个分隔单元4、5，故作用的转矩可加倍。补偿体积29通过通道36被连接。
通道36在分隔单元4的边缘处延伸入阻尼体积60中，以便也在在阻尼轴3和壳体12之间的最大旋转运动时提供与补偿体积29的连通。在此设计中，该补偿体积必须在最大工作压力下被预加载，做法是空气腔室32接受相应压力。这种预加载也可以通过机械件如螺旋弹簧来施加。
图8示出根据本发明的假肢器具100的另一实施例的转动阻尼器1的横截面。转动阻尼器1又分别具备两个分隔单元4、5，它们连接至所述壳体或阻尼轴3。在此也设有两个电线圈，但它们在根据图8的视图中看不到，因为它们一个设置在剖切平面前、一个在其后。
径向靠外地在内壳体壁和分隔件5的径向外端之间形成一个间隙27，该间隙为了阻尼而接受相应磁场作用。径向靠内地在分隔件4的内端和阻尼轴3之间分别形成一个间隙26，该间隙通过磁场被密封。
不同于在先的实施例，补偿体积在此在中心被连接。补偿体积29通过通道36连通至分隔单元4内部。
图9示出图8的横截面B-B，图10示出图10的放大细节。通道36如图10示意性所绘制并且连至一个通道，在该通道内设有阀单元31，该阀单元在此被设计成双阀单元。阀单元31在通道的对置两端包括两个阀头31a。密封33用于在各自阀头31设置在其阀座中时密封。通道36通入中间区。
在存在较高压力的一侧，阀单元31的阀头31被压入相应的阀座中。在另一侧，阀头31a由此抬离阀座并允许自由流动连通至通道36和进而补偿体积29。由此，温度波动可被补偿。此外，当出现泄漏损失时，磁流变流体从补偿体积转入阻尼体积。
该结构的一个优点是，该补偿体积只需在相对低的2、3、4或5巴的预加载压力下被预加载，因为补偿体积总是连通至转动阻尼器的低压侧而不是连通至高压侧。这样的设计减小作用于密封的载荷并增强长期稳定性。如果该补偿体积连通至高压侧，则100巴以上的预加载压力可能是有意义的。
图11和图12示出假肢器具100的转动阻尼器1的横截面，其中示出了不同的横截面。图11示出了一个横截面，在此，与壳体连接的分隔单元4在剖面中被示出。由在壳体侧部22、24与分隔壁4之间的磁绝缘体决定地出现了所绘制的磁场线走向。在此，磁场线穿过在分隔单元4的内端和阻尼轴3之间的径向靠内间隙26并且因此在那里可靠密封该间隙。当磁场被关停时，阻尼也被减弱且出现了低的基本摩擦。
在根据图11的剖视图中也能看到用于支承转动轴的滑动轴承44和用于密封内腔的密封28。
图12示出假肢器具的转动阻尼器1的横截面，其中在这里，剖面经过阻尼轴3和与之连接的分隔单元5。另一个与阻尼轴3连接且对置的分隔单元5在此未被剖示出。在图12中也举例绘制出磁场线的走向。在此清楚看到在分隔单元5与壳体部22、24之间的轴向间隙25被磁场密封。此外，在分隔单元5的径向外端与壳体之间的径向间隙27也承受磁场作用，从而磁流变颗粒在那里结链且密封间隙。
图13再次示出的转动阻尼器1的未按原尺寸的示意性横截面，其中在这里，在上半部示出了经过阻尼轴3和与之连接的分隔单元5的剖面，在下半部中示出了与壳体连接的分隔单元4的剖面。例如分别绘制出磁场线。在分隔单元4和阻尼轴之间存在窄的间隙26，其优选具有在约10微米至50微米之间的间隙高度。在轴向上，分隔单元4紧贴侧壳体部。
在分隔单元5与壳体12之间存在径向间隙27并且在两个轴向端侧分别有一个轴向间隙25。
一般，所述轴向间隙25具有比径向间隙27小许多的间隙高度。轴向间隙25的间隙宽度优选与径向间隙26的间隙宽度相似，并且优选在约10微米和30微米之间。径向间隙宽度27优选大许多，并且优选在约200微米和2毫米之间，尤其最好在约500微米和1毫米之间。
当阻尼轴3转动时，一个腔室的体积被缩小，而另一个腔室的体积被增大。此时，磁流变流体必须基本上通过间隙27从一个腔室转入另一个腔室。间隙27在此用作阻尼通道17。如图13清楚所示，阻尼通道17被磁场线穿过，因此可以产生可变的流动阻力。
轴向间隙25也通过磁场被密封，肯定是在其磁场强度被选择成其无法再被引导经过阻尼轴3时。即，事实表明，伴随磁场增强，整个磁场无法再被引导经过阻尼轴3，而是也沿轴向穿过轴向间隙25，因而随着强度增大而密封整个轴向间隙25。伴随相应的场强来实现相应的密封。
如已经描述的那样，在此情况下，在此不导磁的环20用于防止在电线圈9上的磁短路。
图14示出配备有两个分隔单元的阻尼轴3的各不同视图，其中，分隔单元5和5a沿斜角线对置，从而得到对称结构。在图14中能看到两个连接通道63，它们分别将两个对置的腔室61、61a或62、62a相连通。为了允许在两个高压腔室和两个低压腔室之间的压力平衡，而可以只经由阻尼通道17实现一个高压腔室和一个低压腔室的压力交换或流体交换。
图15示出另一假肢器具的转动阻尼器1的横截面。转动阻尼器结构很小，因此允许小型轻巧的假肢器具。图15的转动阻尼器1可被用在所有的实施例中并且就结构而言是基本相同的。在截面中看到连接至壳体的分隔单元4。由在壳体侧部22、24与分隔壁4之间的磁绝缘体14决定地得到了类似于图11的磁场线走向。当磁场被关停时，在此也减弱所述阻尼并且得到低的基本摩擦。环20在此设计成是导磁的，以便在分隔件5区域内保证侧轴向间隙的可靠密封。当存在足够大的磁场强度时可靠获得所述密封。在这里，也如图11中那样能看到用于支承转动轴的滑动轴承44和用于密封内腔的密封28。
电线圈9沿径向布置在阻尼体积区域中。在枢转翼片区域内，通过环20的带空心柱的截头圆锥体形状也获得侧轴向间隙26的可靠密封。在此由导磁性材料构成的环20用于在枢转翼片或分隔件5区域内可靠密封轴向密封间隙26。
图16示出类似于图7的变型，其中在此分别又将两个分隔单元固定在壳体和阻尼轴3上。各自对称布置的分隔单元4、5因此允许阻尼轴3转动运动几乎180°。在单独的分隔单元4、5之间分别形成两个高压腔室和两个低压腔室。分隔单元4、5在此被倒圆并利于流动地构成，以便不实现流动消除，因而避免不希望有的来自磁流变流体的沉淀。也可设有带有补偿体积29的补偿机构30。
图17最后还示出了一个实施例，其中在此，假肢器具100的转动阻尼器1附加配备有呈扭杆形式的弹簧。此时，该阻尼轴与一侧相连，而该壳体与另一侧相连，从而部件相互间的相对运动或相对转动可通过转动阻尼器1被可控阻尼。这些部件可能是可调的并且也可以是完全无关联的。由此提供一种主动型假肢器具，其针对不同的条件可被调节。
此外，在图17中该阻尼轴3被设计成是空心的。在阻尼轴内设置有呈例如扭杆形式的弹簧，从而可以实现借助弹簧47的弹簧力的复位。
图18以局部剖视图示出另一假肢器具100的另一转动阻尼器1，在此，转动阻尼器1原则上与例如像根据图3的假肢器具100的转动阻尼器完全一样地发挥作用。因此，就此也可以采用相同的附图标记并且以上描述同样也适用于图18-20的假肢器具100或对应的转动阻尼器1，除非在此另有所述或补充说明或者从附图中得到相应情况。
图21示出根据图18的假肢器具100的转动阻尼器1的一个变型。
图18的假肢器具100或外骨骼的转动阻尼器1也具备壳体12和阻尼轴3，它们设计成可相对转动。阻尼轴3可通过滚动轴承4可转动安装在壳体12中。阻尼轴3在此总体以三件式构成，如参见图20所述的那样。
壳体12包括第一端部22和在另一端的第二端部24以及设于两者之间的中间部23。在两端还容纳外壳体部12a，其上形成有螺纹口。在其径向靠外的壳体部12a上形成非圆形连接轮廓70，其在附图标记线末端区域内具有多个凹口。多个分散于周围的凹口形成该非圆形连接轮廓，借此可以实现与髋假体、膝假体、足假体、肘假体或例如肩假体的其它部件的抗转动联接。
在两个端部22和24中分别容纳有一个环绕的电线圈9，其用于产生阻尼所需的磁场。
该磁场如在所有实施例中那样是可控的。如在所有实施例和设计中那样，在磁场较强情况下产生较强的阻尼(制动作用)。同时，通过较强的磁场也获得间隙25、26和27的更好密封(见根据图13的示意图)。相反，在所有实施例和设计中，通过较弱的磁场来调节出较弱的阻尼(制动作用)。同时，在较弱磁场情况下，在间隙25-27处的密封也较弱。由此导致了在无磁场情况下作用的较低的基本力矩。间隙25-27的密封作用在无磁场情况下弱。由此，可以提供更宽的调节范围，这在现有技术中是做不到的。最大转矩(或最大制动作用)与最小转矩(或最小制动作用)之比在预定枢转角度范围内或者在工作范围内很大并且大于现有技术。
而在传统的假肢转动阻尼器中，最小转矩已经在应该产生高的最大转矩时相当大。其原因是必须如此完成间隙密封，即便有高的压力作用也保证可靠的或还是充分的密封。相反，在在空转时应具有小制动力矩的假肢转动阻尼器中仅获得小的最大转矩，因为所述密封被设计成仅出现轻微摩擦。在有大的有效压力时，该压力用于可观的泄漏流，其明显限制了最大可能转矩。
转动阻尼器1的内室提供了阻尼体积。在壳体内形成压排机构2，其包括分隔单元4、5。分隔单元4、5将阻尼体积60分隔为两个以上的腔室61和62。在此，分隔单元4被设计成分隔壁并且固定联接至壳体12。分隔单元5也被设计成分隔壁或枢转翼片并且固定联接至阻尼轴3。
分隔单元5优选设计成与阻尼轴3一体。阻尼体积60在此填充有磁流变流体6，阻尼体积60的对外密封通过在壳体部22内的密封28进行。在转动运动时，分隔单元4、5压排出阻尼体积所含的磁流变流体(MRF)，使得MRF一部分从一个腔室溢流到另一腔室。连接通道或补偿通道63用于腔室61和61a之间的压力平衡。相应的第二连接通道63a(见图20)用于腔室62和62a之间压力平衡。
在后端，在图18中还能看到阀66，借此将可压缩流体填充入补偿机构30。尤其是采用氮气。阀66例如可以被集成到被拧入的封塞或盖中。
在前端，在图18中能在转动阻尼器1的壳体12外看到机械止挡64，机械止挡以机械方式界定可能的转动范围以在内部保护枢转翼片以免受伤。
壳体部22中的磁场源8在此由多个电线圈9构成，每个电线圈设计成环形并且容纳在壳体部22内。在此，在实施例中在两个端部中设置电线圈9。磁场强度可通过控制装置来设定。
在此，两个分隔单元从壳体起径向向内突入阻尼体积60中。分隔单元4形成分隔壁并因此限制阻尼轴3的可能有的转动，在阻尼轴上也形成两个从阻尼轴起径向向外突出的分隔单元5。阻尼轴3的转动造成在此形成枢转翼片的分隔壁5的转动。腔室61、61a被相应缩小(见图19)或又被扩大。
在图19中还能看到四个通风阀，它们被用在原型中以获得更快速的通风和排空并且它们或许也不是必须(都)要实现的。
也如图20所示，电线圈9在此在实施例中沿径向相对远地径向靠外布置并且在轴向上朝内地分别由一个不导磁的或导磁性差的环20界定，该环用于塑形磁场走向。环20尤其成空心柱形。
在根据图20的整个纵截面图中能看到补偿机构30，它在此安装在阻尼轴3内。补偿机构30包括填充有MRF的补偿体积29，其通过活动安置的分隔活塞34与空气腔室32分隔开。空气腔室32和分隔活塞34和补偿体积29都完全在阻尼轴3内安装在空心柱形的容纳空间30a里。空心柱30a在轴向外端处通过带有阀66的封塞被封闭。所述设计允许很紧凑且节省空间的结构，此时仅有很少部分从原则上基本呈柱形的转动阻尼器1突出。这提高了这种假肢器具100的安装和使用可能性。
补偿机构30在图18至图20中通过未示出的通道连接至在此通过封闭件71被封闭的通道72。由此可选地可行的是接上外部的补偿机构30并且内部安装插入件以基本充满空心柱30a的体积。由此例如可以补偿很大的温度范围。也可行的是对此保证很长的运行时间，即便在略微出现泄漏时。
在图20中能清楚看到在此为三件式的阻尼轴3，其在此由空心轴3a、连接轴3b和突出部3c构成。这三个部分相互抗转动联接。也可行的是阻尼轴3以两件式或也仅以一件式来构成。
图21示出根据图18至图20的实施例的一个变型，其中在此连接上外部补偿机构30。其它构件可以是相同的。实际上，在根据图18的转动阻尼器1上，封闭件71可被移除并且所示的外置补偿机构被拧装上。在内部形成空气腔室或流体腔室32，其通过分隔活塞34与填充有MRF的补偿体积29分隔。
在空心柱30a的内部安装插入件67以充满所述体积。
在根据图21的实施例中还安装有两个角度传感器68、69。在此，一个角度传感器68以较低精度检测绝对角位，而角度传感器69以较高精度检测相对角位。由此可提供高度精确的传感器系统，其耐用、可靠且还很精确地工作。
总之，提供一种带有转动阻尼器1的有利的假肢器具100。为了能补偿MR液体(MRF)和邻接构件的由温度引起的体积膨胀而有意义的是设有足够的补偿体积。
在一个具体情况下，每个单独致动器或转动阻尼器需要约50毫升MRF，因此需要约150毫升等用于整个系统。氮气体积优选作为预加压件，预加压件尤其预加压约75巴。
在此例子中采用具有0.315平方毫米的有效横截面的线圈线。400根线圈得到在16欧姆电阻情况下约65％的充填系数。还可以利用较大的线直径获得更大的线圈速度。
优选调节出该分隔壁的或该枢转翼片的轴向间隙。对于致动器的完美无瑕功能有利的是查出并调整枢转翼片5相对于壳体的轴向位置。为此例如可以采用螺纹调节环，其利用千分表被置入中心位置。
在一个具体情况下进行MRF的填充，在这里，(刚好)75毫升的MRF被充入。为了填充，MRF可经过补偿体积被填充。在枢转翼片相互运动的情况下，MRF可以分散在腔室61、62(压力腔室)内并且空气夹杂可被向上输送。接着该系统可用氮气(约5巴)被预加载。接着，在壳体12的外侧面上的排气螺杆65被开启以便夹杂空气逸出。最后，氮气腔室32被预加载到30巴以便在检查台初检。
作为优化措施，行走机构组件100的致动器也可被置于负压环境中，以便能更好地抽排空可能有的空气夹杂。
无需机械密封就可获得高压力。带有转动阻尼器1的假肢器具100可以低成本地制造、耐用且使用寿命。
在此具体例子中在检查站获得大于210Nm的制动力矩。所述单元的结构比现有技术更小、更轻且更廉价。
不到30毫秒的切换时间是可能的并且能被证实(满载跃迁)。
制动力矩可以任意改变。为此不需要机械运动部件。所述控制简单地仅通过电流变化或磁场变化来实现。
因为缺少机械密封而得到一个显著优点。由此获得小于0.5Nm的很低的基本力矩。这是如此做到的，不仅制动力矩、同时还有所述密封的密封作用被控制。总体上存在很低的例如几瓦的功率需求。
转动阻尼器1可被安装在不同的假肢器具100中。可以用作髋(部)假体、膝假体、足、肘、肩(部)假体。在此，可以装入经过相应调整的转动阻尼器1。在此，设定尺寸可以匹配于所期望的待施加力和力矩。可以实现相应的标度。
在所有的设计中，假肢器具100可以设计成假肢、矫形器或者外骨骼。
附图标记列表
1 转动阻尼器
2 压排机构
3 阻尼轴
3a 空心轴
3b 连接轴
4 分隔单元，分隔壁
5 分隔单元，分隔壁
6 MRF
7 控制装置
8 磁场源
9 电线圈
10 磁场
11 接头(在12上)
12 2的壳体
12a 外壳体部
13 接头(在3上)
14 绝缘体
15 液压管线
16 电流接线端
17 阻尼通道
19 3、9的轴线
20 12中的环
22 第一端部
23 中间部
24 第二端部
25 间隙，轴向间隙
26 间隙，径向间隙
27 间隙，径向间隙
28 3上的密封
29 补偿体积
30 补偿机构
30a 空心柱
31 阀单元
31a 阀头
32 空气腔室
33 密封
34 分隔活塞
35 盖
36 通道
37 蓄能器
39 永磁体
40 传感器装置
41 间距
42 23的密封
43 空隙
44 轴承
45 载荷传感器
46 臂
47 弹簧，扭杆
48 传感器导线
52 阀单元
53 运动方向
54 蓄压器
55 箭头方向
60 阻尼体积
61 腔室
62 腔室
63 连接通道
63a 第二连接通道
64 机械止挡
65 排气螺钉
66 氮气阀
67 插入件
68 传感器
69 传感器
70 非圆形连接轮廓
71 塞
72 通道
100 假肢器具

Claims (31)

1.一种具有转动阻尼器(1)的假肢器具(100)，该转动阻尼器具有壳体(12)、以可转动方式容纳在所述壳体上的阻尼轴(3)、至少一个磁场源(8)和在所述壳体(12)内的压排机构(2)，其中所述压排机构(2)具有包括作为工作流体的磁流变流体(6)的阻尼体积(60)并借此能被操作以影响所述阻尼轴(3)相对于所述壳体(12)的转动运动的阻尼，其中所述压排机构(2)包括至少两个分隔单元(4,5)，借此将所述阻尼体积(60)分为至少两个可变的腔室(61,62)，其中至少一个所述分隔单元(4,5)包括连接至所述壳体(12)的分隔壁(4)，其中至少一个所述分隔单元(5)包括连接至所述阻尼轴(3)的分隔壁(5)，其中在所述阻尼轴(3)和连接至所述壳体(12)的所述分隔单元(4)之间在径向上形成间隙部(26)，并且在所述壳体(12)和连接至所述阻尼轴(3)的所述分隔单元(5)之间在径向上形成间隙部(27)，其中在连接至所述阻尼轴(3)的分隔单元(5)和所述壳体(12)之间在轴向上形成至少一个间隙部(25)，其特征是，所述磁场源(8)的磁场(10)的至少相当一部分穿过至少其中两个所述间隙部(25-27)。
2.根据权利要求1所述的假肢器具(100)，其中，至少其中一个所述间隙部(27)被设计成阻尼间隙，并且至少其中一个所述间隙部(25,26)被设计成密封间隙，并且至少一个阻尼间隙(25)具有比所述密封间隙更大的间隙高度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，所述磁场源(8)包括至少一个电线圈(9)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，在连接至所述阻尼轴(3)的所述分隔壁(5)的两个轴向端处分别在所述壳体和所述分隔壁(5)之间形成一个轴向间隙部(25)，其中所述磁场源(8)的所述磁场(10)的相当一部分穿过在所述壳体(12)和所述分隔壁(5)之间的两个轴向间隙部(25)并且造成所述轴向间隙部(25)的密封。
5.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，设有至少两个电线圈(9)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，所述磁场(10)横向于至少其中一个所述间隙部(25-27)延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，至少一个径向间隙部(27)被设计成阻尼通道(17)并且沿径向布置在所述分隔单元(5)与所述壳体(12)之间，和/或至少一个轴向间隙部(25)被设计成阻尼通道(17)且在轴向上布置在所述分隔单元(5)和所述壳体(12)之间。
8.根据权利要求7所述的假肢器具(100)，其中，所述磁场源(8)的所述磁场(10)的至少相当一部分穿过所述阻尼通道(17)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，至少一个间隙部(27)通过机械密封机构被密封。
10.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，所述壳体(12)包括第一端部和第二端部(22,24)并且在两者之间包括中间部(23)，其中在两个端部(22,24)中的至少一个端部中且尤其是在两个端部(22,24)中容纳有一个电线圈(9)，其中所述线圈(9)的轴线(19)尤其基本平行于所述阻尼轴(3)取向。
11.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，所述壳体(12)的至少相当一部分由具有大于100的相对磁导率的导磁性材料构成。
12.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，在所述壳体(12)内轴向邻接于所述电线圈(9)地设有环(20)。
13.根据权利要求12所述的假肢器具(100)，其中，所述环(20)至少相当一部分由具有小于10的相对磁导率的材料构成。
14.根据权利要求13所述的假肢器具(100)，其中，所述环(20)在轴向上布置在所述电线圈(9)和所述阻尼体积(60)之间。
15.根据权利要求14所述的假肢器具(100)，其中，所述环(20)在径向外侧区域中具有比在径向更靠内区域中更小的壁厚，和/或所述环(20)基本由具有大于50的相对磁导率的材料构成。
16.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，所述磁流变流体(6)通过所述阻尼轴和所述壳体的相对枢转运动经由至少一个间隙部(25-27)从一个腔室(61,62)被送入另一个腔室(62,61)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，在所述阻尼轴(3)上形成两个以上的分散于周围布置的分隔单元(5)，并且在所述壳体(12)上形成两个以上的分散于周围布置的分隔单元(4)。
18.根据权利要求17所述的假肢器具(100)，其中，对置的腔室(61,61a；62,62a)通过至少一个连接通道(63)相连。
19.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，设有具有补偿体积(29)的补偿机构(30)。
20.根据权利要求19所述的假肢器具(100)，其中，所述补偿体积(29)通过阀单元(31)连通至所述两个腔室，其中所述阀单元设计成用于建立所述补偿体积(29)与低压腔室(62；61)之间的连通并且阻断所述补偿体积(29)与高压腔室(61；62)之间的连通。
21.根据权利要求20所述的假肢器具(100)，其中，所述阀单元(31)具有双阀。
22.根据前三项权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，所述补偿机构(30)安装在所述阻尼轴(3)内。
23.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，所述磁流变流体(6)的阻尼循环完全设置在所述壳体(12)内。
24.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其特征是，设有用于检测所述磁流变流体(6)的温度的温度传感器(34)和/或用于检测所述阻尼轴(3)的角位数值的角度传感器(40)和/或用于检测所述阻尼轴(3)上的转矩的特征值的载荷传感器。
25.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，设有至少一个传感器装置(40)，该至少一个传感器装置包括至少一个用于检测周围物体的位置和/或距所述周围物体的距离(41)的位置传感器和/或距离传感器，其中所述控制装置(7)设计和设立用于依据所述传感器装置的传感器数据来控制所述转动阻尼器。
26.根据前述权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，该假肢器具包括控制装置(7)和多个相互连接的转动阻尼器(1)。
27.一种具有转动阻尼器(1)的假肢器具(100)，该转动阻尼器具有壳体(12)、至少一个磁场源和配备有磁流变流体的阻尼体积，该阻尼体积通过连接至阻尼轴(3)的至少一个分隔单元(5)被分为至少两个腔室(61,62)，其中在所述分隔单元(5)和壳体(22-24)之间形成多个间隙部(25-27)，其特征是，所述壳体(22-24)、所述磁场源(8)和所述分隔单元(5)设计和设立用于使所述磁场源(8)的磁场穿过在所述分隔单元(5)和所述壳体(22-24)之间的主要的间隙部(25-27)。
28.根据权利要求27所述的假肢器具(100)，其中，设有至少一个连接至所述壳体的分隔单元(4)，其中在所述分隔单元(4)和轴(3)之间形成一个间隙部(26)，所述间隙部能够被所述磁场源(8)的所述磁场充斥。
29.根据前两项权利要求中任一项所述的假肢器具(100)，其中，连接至所述轴(3)的分隔单元(5)被设计成枢转翼片。
30.根据权利要求29所述的假肢器具(100)，其中，在所述枢转翼片(5)和所述壳体(22-24)之间形成一个径向阻尼间隙(27)和两个轴向密封间隙(25)。
31.一种用于阻尼具有转动阻尼器的假肢器具(100)的运动的方法，其中所述转动阻尼器具有至少一个磁场源和配备有磁流变流体的阻尼体积，该阻尼体积通过连接至阻尼轴(3)的至少一个分隔单元(5)被分为至少两个腔室(61,62)，其中在所述分隔单元(5)和壳体(22-24)之间形成多个间隙部(25-27)，其特征是，以所述磁场源(8)的磁场充斥在所述分隔单元(5)和所述壳体(22-24)之间的主要的间隙部(25-27)以影响所述阻尼。
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