CN112334095B - 阀和具有该阀的假体膝关节 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀(20)，其具有：‑入口(28)，‑出口(30)，所述出口通过流体连接与入口(28)连接，和‑阀体(26)，所述阀体能够通过沿着移动方向移动置于第一位置中，在所述第一位置中阻断所述流体连接，以及置于第二位置中，在所述第二位置中开启所述流体连接，其中，所述入口(28)构造并且布置为，当所述阀体(26)处于第一位置中时，通过所述入口(28)进入的流体将合力施加到阀体(26)上，所述合力至少也在垂直于所述移动方向的力方向上作用。

Description

阀和具有该阀的假体膝关节
技术领域
本发明涉及一种阀，其具有：入口；出口，所述出口通过流体连接与入口连接；和阀体，所述阀体能够通过沿着移动方向移动置于第一位置中以及置于第二位置中，在所述第一位置中阻断流体连接，在所述第二位置中开启流体连接。本发明还涉及一种具有该阀的假体膝关节。
背景技术
假体膝关节和可为此使用的液压阀一直以来由现有技术已知。假体膝关节应该在步行周期的不同的阶段中被不同强度地阻尼。在摆动阶段中需要小的阻尼，而在停步阶段中期望更大的阻尼。在停步阶段开始时、在脚跟着地时，膝盖假体通常完全伸展。在这种情况中重要的是，大的阻力抵抗膝盖的可能的屈曲，以便将稳定的并且安全的佩戴和行走感受提供给假体的佩戴者。然而这不仅在完全伸展的状态中适用。如果例如假体的佩戴者被绊了一下，则在脚踏到地面上之前通常未达到膝盖的完全伸展的状态。但是恰恰在这些情况中必须避免膝盖不可控地并且过度容易地进一步屈曲，以避免佩戴者摔倒。
因此由US 9，402，748 B2例如已知了一种阀，只有当除了前足负荷、即脚的趾区域的负荷以外也探测完全伸展的膝盖时，所述阀才减小在流体连接中的流动阻力。当前足负荷表明，在步行周期中接着进行脚从地面的分离、所谓的“toe-off(脚趾离地)”时，则所述前足负荷作为单个控制参数是不足够的。当假体的佩戴者从斜坡或坡面下坡并且在前足的屈曲状态中被加负荷时，也可以例如产生前足的相应的负荷。然而在这种情况中与在开始的摆动阶段中不同地肯定不允许减小对膝关节的阻尼，因为这导致佩戴者摔倒。因此，探测作为第二控制参数的膝盖的伸展。
发明内容
这种具有双重的传感器的膝盖只能耗费地、易出故障地并且成本高地制造。此外，或者必须给不同的传感器供电，因此膝盖的结构是大的、不轻便的并且重的，或者必须使用要无电流驱动的传感器，该传感器结构上是耗费的。因此，本发明的任务在于，开发一种阀和一种假体膝关节，通过所述阀和假体膝关节避免或至少减小所述缺点。本发明通过根据本发明所述的阀来解决所提出的任务，该阀的特征在于，入口构造并且布置为，当阀体处于第一位置中时，通过入口进入的流体将合力(或总力)施加到阀体上，该合力至少也在垂直于移动方向的力方向上作用。
如果所述阀装配到假体膝关节中，则所述阀可以阻断假体膝关节的液压系统的伸展腔和屈曲腔之间的流体连接或者至少减小流动。如果使用在所述阀中的流体连接是假体膝关节的伸展腔和屈曲腔之间的流体连接，则这在阀关闭时、即当所述阀体处于第一位置中导致完全地锁止膝关节。优选地存在至少一个另外的流体连接，所述另外的流体连接能够使流体从伸展腔流动到屈曲腔中。为此可以例如存在活塞、例如旋转活塞中的孔，通过运动通过所述孔将流体从一个腔输送到另外的腔中。所述流动优选地设有单路阀，以便阻止流体从屈曲腔回流到伸展腔中。
如果假体膝关节的佩戴者尝试在所述阀的这个状态中使膝盖运动，即膝盖的大腿部分相对于膝盖的小腿部分摆动，则在假体膝关节的液压系统的部分中产生增大的压力。膝盖的大腿部分相对于膝盖的小腿部分的所述摆动始终导致液压油从伸展腔移动到屈曲腔中或者反之亦然。因为这通过流体连接实现，所述阀位于所述流体连接中，只要阀体处于第一位置中，这就至少部分地通过所述阀阻止。因此流体通过入口进入到所述阀中，然而所述流体不能离开，从而流体将合力施加到阀体上。常规地，在阀中要注意的是，所述通过流体施加的合力不具有不平行于阀体的移动方向延伸的分力。以所述方式实现流体静力的支承，所述支承确保所述阀的容易的并且低磨损的移动。
相应的构型例如由US 7，344，569 B2已知。在此存在例如八个等距地分布在所述阀的周缘上的开口，通过入口进入到所述阀中的流体通过所述开口到达阀体上。因此，在这种情况中通过流体将合力施加到阀体上，该合力不具有垂直于移动方向的分力。
这在根据本发明的阀中是根本不同的。通过入口进入的流体将合力施加到阀体上，该合力具有相应的垂直于移动方向的分力。有利地，阀体在所述力方向上贴靠在壳体壁上。当所述阀体处于第一位置中时，通过流体将合力施加到阀体上，通过所述合力导致在阀体和壳体壁之间增大的摩擦，所述阀体贴靠在所述壳体壁上。由此产生保持力，所述保持力抵抗阀体从第一位置到第二位置中的移动。当阀体处于第一位置中并且流体同时将合力施加到阀体上时，则始终产生所述保持力。只有当扭矩作用于膝盖，即存在能使假体膝关节的小腿部分相对于假体膝关节的大腿部分摆动的力时，则可以产生所述合力。然而这仅仅在膝盖未完全伸展的状态中是这种情况。
因此通过根据本发明的阀的构型可以完全避免传统的假体膝关节的传感器，所述传感器探测膝盖的伸展。由此整个系统更小地、更简单地制造并且变得成本更低廉。
优选地，所述阀具有已述的在液压系统的伸展腔和屈曲腔之间的流体连接，所述流体连接能使流体从伸展腔流到屈曲腔中。为此可以例如在活塞、例如旋转活塞中存在孔，通过所述活塞的运动将流体从一个腔输送到另一个腔。流动优选地设有单路阀，以便阻止流体从屈曲腔回流到伸展腔中。
有利地，入口构造为，进入的流体沿着阀体的周缘的部段流至阀体，所述部段小于240°、优选地小于210°并且大于120°、优选地大于150°。特别优选地，所述部段是180°。入口可以例如以狭孔形式存在，所述入口在例如包围阀体的壳体的所述周缘的部段上延伸。通过所述狭孔在角度区域中的构型实现作用于对置的面的期望的合力。
在一个优选的构型中，所述阀具有切换销，通过操纵所述切换销能够将阀体从第一位置带至第二位置中。所述切换销可以例如用于使阀体从第一位置移动到第二位置中并且由此开启所述阀。在此，只有当通过切换销施加的力大于要克服的保持力，这才是可能的，通过所述保持力产生增大的摩擦，因为由流体将合力施加到阀体上。通过明智地选择材料、参与的面的几何形状和所述阀的构型可以在这种情况中实现，只有当不施加或者仅仅施加小的压力，这则通常是这种情况，即假体膝关节是伸展的并且不进行屈曲的运动，所述阀才可以被开启。
优选地，所述阀具有切换弹簧，所述切换弹簧设置为，当切换销被操纵时，将力从切换销传递到阀体。由此，被施加的力可以向上被限定。在此重要的是，切换弹簧位于控制装置的力流中。所述切换弹簧可以例如作为中断器布置在切换销中或在切换杆中或者布置在下部件和阀体之间的力流中的其他部位上。与施加在切换销上的力多强无关地，通过弹簧至少暂时传递仅仅一个非常受限的力，该力例如通过明智地选择弹簧常数、弹簧的类型和/或弹簧的材料而是如此小的，以使得如果流入的流体的压力大于预定的极限值，例如大于1bar，则该力不足以开启所述阀、即用于使阀体从第一位置移动到第二位置中。当自身更大的力可以作用到切换销上时，则所述构型特别是有利的。
有利地，弹簧选择为使得当具有1bar的压力的流体通过入口流至阀体时，则从切换弹簧传递到阀体的力不足以将阀体从第一位置带至第二位置中。
在一个优选的实施方式中，阀体朝向第一位置的方向被弹簧加载。由此当然也可以至少同时调节用于将阀体从第一位置带至第二位置中并且由此开启所述阀所需的力。在此要注意的是，通过对阀体朝向第一位置的方向的弹簧加载引起的这个力与下述压力的大小无关，该压力通过流体的流入而引起。弹簧加载优选地通过弹簧、例如螺旋弹簧引起并且特别是用于当关节的运动反转或者所述阀未由流体流过时关闭所述阀。
优选地，所述阀具有节流出口，其中，阀体构造并且布置为使得通过入口流入的流体与阀体的位置无关地至少也通过节流出口离开所述阀。以所述方式防止所述阀能完全阻断液压连接或液压管路，所述阀使用在所述液压连接或液压管路中。仅仅在所述阀的关闭状态中、即当阀体处于第一位置中时与在所述阀的开启状态中、由此当阀体处于第二位置中时相比而增大的流动阻力抵抗流体。流动阻力的强度优选地是可调节的。因此，所述流动阻力的强度可以根据假体的佩戴者被调节，以便例如实现容易地并且舒适地下阶梯。
此外本发明通过一种假体膝关节解决所提出的任务，所述假体膝关节具有液压组件，所述液压组件具有伸展腔、屈曲腔和在此所述类型的阀，其中，所述阀的入口与屈曲腔连接，并且所述阀的出口与伸展腔连接。如果所述假体膝关节屈曲，则液压液从屈曲腔流入到伸展腔中。因此，屈曲腔与所述阀的入口连接。由此实现，只要被加载的膝盖未完全或者至少几乎完全伸展，所述阀就不能被开启，即阀体不能从第一位置移动到第二位置中。也就是说，在这种情况中通过产生的扭矩将压力施加到屈曲腔中的流体上，所述压力表现为作用于在所述阀内部的阀体的合力。
在假体膝关节的一个优选的构型中，假体膝关节具有下部件，所述下部件能够与小腿连接。下部件具有第一构件和第二构件，所述第一构件和第二构件能绕着控制轴摆动地支承在彼此上。此外，下部件具有切换机构，所述切换机构构造并且布置为，当下述力作用于下部件时，所述阀的切换销被操纵，该力的作用线在控制轴之前延伸。当布置在假体膝关节下方的假肢脚的前足负荷产生时，则始终产生这个力。通过这个构型实现在没有电子元件的情况下能完全被控制的假体膝关节，一旦存在前足负荷，并且屈曲腔中的流体的压力是如此小的，以使得通过压力引起的、阀体和所述阀的壳体壁之间的保持力可以被克服，所述假体膝关节就从关闭状态置于开启状态中，在所述关闭状态中增大的流动阻力抵抗液压液。由此在没有电子元件的情况下实现由现有技术仅仅电子实现的膝关节。
附图说明
下面借助附图详细地说明本发明的一个实施例。附图中：
图1，3，5和7示出在不同情况中的假体膝关节的示意性的截面图，
图2，4，6和8示出相应的上述附图的放大的局部图，
图9示出本发明的一个另外的实施方式的示意图，和
图10和11示出根据本发明的一个实施例的阀的示意图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一实施例的假体膝关节的截面图。所述假体膝关节具有带有上固定元件4的上部件2，例如假肢筒或者另外的假体构件可以布置在所述上固定元件上。上部件2能摆动地布置在下部件6上，所述下部件具有第一构件8和第二构件10，下固定元件12位于所述第二构件上，所述下固定元件在所示的实施例中构造为用于小腿管的管夹紧装置。第一构件8能绕着控制轴14摆动地布置在第二构件10上。
液压组件位于假体膝关节中，所述液压组件具有伸展腔16、屈曲腔18和阀20，所述阀布置在流体连接22中，伸展腔16通过所述流体连接与屈曲腔18连接。伸展腔16通过活塞24与屈曲腔18分开，当膝盖运动、即上部件2相对于下部件6摆动时，则所述活塞在由伸展腔16和屈曲腔18形成的容积中运动。由此，位于空腔中的流体从伸展腔16被导入到屈曲腔18中或者反之亦然。在所示的实施例中示出在活塞24中的孔54，止回阀56位于所述孔中。所述孔54是在伸展腔16和屈曲腔18之间的另外的流体连接，流体能够通过所述另外的流体连接从伸展腔16流入到屈曲腔18中，然而阻止沿着相反的方向流动。示意性地示出的止回阀56的位置在此在所示的图中不是相应于实际的位置，而是应仅仅说明止回阀56的布置。
图2示出一个放大的局部图。所述阀20具有阀体26，所述阀体在图2中所示的情况中位于第一位置中。所述阀具有入口28、出口30以及节流出口32。沿着箭头34通过入口28进入到所述阀中的液压液不能通过出口30离开所述阀，因为阀体26位于第一位置中。在这个位置中，所述阀体通过弹簧36被弹簧加载。然而流体可以在所示的实施例中流至阀体26并且通过节流出口32离开所述阀。因此，大的流动阻力抵抗活塞24沿着顺时针方向的摆动。
通过入口28进入到所述阀中的流体到达阀体26上并且将合力施加到阀体26上，所述合力至少也具有垂直于移动方向的分力，阀体26可以沿着所述移动方向移动。所述移动方向在所示的视图中从上向下延伸。通过施加的合力在对置的侧上产生反作用力Fn，阀体26在所述对置的侧上贴靠在在壳体壁38上。此外，所述阀20具有切换销40，所述切换销在所示的实施例中可以从下方将切换力Fs施加到阀体26上，以便将所述阀体从所示的第一位置移动到第二位置中。在此基于静摩擦由反作用力Fn产生摩擦力Fr，该摩擦力反作用力Fn与静摩擦系数μ的乘积得出。回位弹簧42围绕切换销布置，在切换过程结束之后，切换销40通过所述回位弹簧又回到初始位置中。
图3示出了出自图1的在第二情况中的假体膝关节。通过例如前足负荷、即作用于下部件6的力使第一构件8绕着控制轴14相对于第二构件10摆动，该力的作用线位于控制轴14之前、即在所示的实施例中在控制轴14的左边。在此，通过切换螺钉44使切换杆46运动，所述切换杆从下方抵靠在切换销40上并且由此将切换力传递到切换销40。
图4示出放大的局部图。可看到切换杆46，所述切换杆使切换销40向上移动，由此使阀体26从图1和2中所示的第一位置移动到第二位置中。流体此时可以从屈曲腔18沿着箭头34通过所述阀不仅流过节流出口32，而且通过出口30离开所述阀。因此，抵抗流体的阻尼阻力与在图1和2中的情况中相比明显更小。图5示出在一个另外的情况中的假体膝关节。可以看到，上部件2相对于下部件6摆动。伸展腔16明显增大。然而第一构件8相对于下部件6的第二构件10不再摆动并且切换销40返回到其原始位置。但是阀体26保持在第二位置中。
图6示出一个放大的局部图。切换杆46返回到出自图1的位置，并且切换销40也不再与阀体26的下侧接触。然而通过上部件2相对于假体膝关节的下部件6摆动导致活塞24的摆动，由此流体沿着箭头34被挤压通过所述阀。在阀20内部产生过压，因为通过出口30和节流出口32抵抗流动阻力。
连接通道48位于弹簧36上方，所述连接通道使弹簧36所位于的容积与伸展腔16连接。在这个区域中存在液压液的低压。因为在阀体26下方存在过压并且在阀体26上方存在低压，所以阀体26也抵抗弹簧36的弹簧力地保持在图5和6中所示的第二位置中，也当通过切换销40施加的切换力Fs已经不再存在时。因此，能够以仅仅相对小的流动阻力并且由此小的阻尼实现膝盖的屈曲。
图7示出在反向运动中的情况。上部件2在此应该相对于下部件6这样摆动，以使得膝盖伸展。这导致活塞24反向于顺时针方向运动。
图8示出一个放大的局部图，由该局部图可以看到，由于由反向运动引起的在伸展腔16中的过压使这个压力也通过连接通道48传递到弹簧36所位于的容积中。由此，图6中存在的压力情况不再存在，所述压力情况确保阀体26保持在所示的第二位置中。更确切地说，弹簧36和通过连接通道48施加的过压将阀体26压回到第一位置中，在所述第一位置中流体不再可以通过出口30，而是仅仅还可以通过节流出口32进入到所述阀本身中，流体通过入口28离开所述阀进入到屈曲腔18中。
图9示出阀组件的放大图。特别是示出切换弹簧50，所述切换弹簧布置在切换销40和传递销52之间。切换杆46碰到切换销40上，由此使切换销运动。然而这个运动不是直接传递到阀体26上，而是首先从切换销40传递到切换弹簧50上。所述切换弹簧首先将切换力传递到传递销52上并且由此传递到阀体26上。
通过选择切换弹簧50的弹簧常数至少暂时向上限制这个力。能通过切换弹簧50施加到阀体26上的用于切换所述阀的力在此这样选择，以使得该力足够用于当不存在或者仅仅存在非常小的反作用力Fn时克服弹簧压力Pd并且使阀体26从所示的第一位置移动到第二位置中。如果通过流入的流体然而将合力施加到阀体26上并且由此引起反作用力Fn，通过切换弹簧50和切换销40传递到阀体26上的切换力Fs不足以切换所述阀。
图10和11示出阀20的独立的视图。阀体26在图10中的视图中处于第二位置中并且由此使入口28敞开，而这在图11中是不同的。阀体26处于第一位置中，从而通过入口28进入到所述阀20中的流体到达阀体26上并且施加力。可以看到，入口28在所述阀的周缘的部段上并且由此也在阀体26上实现，该部段在所示的实施例中小于180°。
附图标记列表
Fn 反作用力
Fs 切换力
Fr 摩擦力
2 上部件
4 上固定元件
6 下部件
8 第一构件
10 第二构件
12 下固定元件
14 控制轴
16 伸展腔
18 屈曲腔
20 阀
22 流体连接
24 活塞
26 阀体
28 入口
30 出口
32 节流出口
34 箭头
36 弹簧
38 壳体壁
40 切换销
42 回位弹簧
44 切换螺钉
46 切换杆
48 连接通道
50 切换弹簧
52 传递销
54 孔
56 止回阀

Claims (15)

1.一种假体膝关节，其具有液压组件，所述液压组件具有伸展腔(16)、屈曲腔(18)和阀(20)，其特征在于，所述阀具有
入口(28)，来自所述伸展腔的流体通过所述入口进入到所述阀，
第一出口(30)，所述第一出口用于流体离开所述阀，
第二出口，所述第二出口用于流体离开所述阀，其中所述第二出口是节流出口(32)，和
阀体(26)，所述阀体能够通过沿着移动方向移动进入第一位置和第二位置，
第一流体连接，所述第一流体连接从所述入口延伸到所述第一出口，
第二流体连接，所述第二流体连接从所述入口延伸到所述第二出口，
所述液压组件包括一个或更多个流体通道以允许离开所述第一出口和第二出口的流体流入所述伸展腔，
其中，所述入口(28)构造并且布置为，当所述阀体(26)处于第一位置中时，通过所述入口(28)进入的流体将合力施加到阀体(26)上，所述合力至少也在垂直于所述移动方向的力方向上作用，
其中，当所述阀体(26)处于第一位置中时所述第一流体连接是阻断的和当所述阀体(26)处于第二位置中时所述第一流体连接是开启的，以及
其中，所述第二流体连接是开启的而与所述阀体(26)是否处于第一位置或第二位置无关。
2.根据权利要求1所述的假体膝关节，其特征在于，所述阀体(26)在力方向上贴靠在壳体壁(38)上。
3.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述入口(28)构造为，进入的流体沿着所述阀体的周缘的部段流至所述阀体(26)，所述部段小于240°并且大于120°。
4.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述阀(20)具有切换销(40)，通过操纵所述切换销能够将所述阀体(26)从所述第一位置置于所述第二位置中。
5.根据权利要求4所述的假体膝关节，其特征在于，所述阀(20)具有切换弹簧(50)，所述切换弹簧设置为，当所述切换销(40)被操纵时，将力从所述切换销(40)传递到阀体(26)。
6.根据权利要求5所述的假体膝关节，其特征在于，所述切换弹簧(50)选择为使得当具有1bar的压力的流体通过所述入口流至所述阀体(26)时，由所述切换弹簧(50)传递到所述阀体(26)的力不足以将所述阀体(26)从所述第一位置置于所述第二位置中。
7.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述阀体(26)朝向所述第一位置的方向被弹簧加载。
8.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述阀体(26)构造并且布置为使得通过所述入口(28)流入的流体与所述阀体(26)的位置无关地至少也通过所述节流出口(32)离开所述阀(20)。
9.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述阀(20)的入口(28)与所述屈曲腔(18)连接，并且所述阀(20)的第一出口(30)与所述伸展腔(16)连接。
10.根据权利要求5或6所述的假体膝关节，其特征在于，所述假体膝关节具有上部件和下部件，并且所述切换弹簧布置在所述下部件和所述阀之间的力流中。
11.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述假体膝关节具有下部件(6)，所述下部件具有第一构件(8)和第二构件(10)，所述第一构件和第二构件能绕着控制轴(12)摆动地支承在彼此上并且具有切换机构，所述切换机构构造并且布置为，当下述力作用于所述下部件(6)时，所述阀的切换销(40)被操纵，该力的作用线在所述控制轴(12)之前延伸。
12.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述入口(28)构造为，进入的流体沿着所述阀体的周缘的部段流至所述阀体(26)，所述部段小于240°并且大于150°。
13.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述入口(28)构造为，进入的流体沿着所述阀体的周缘的部段流至所述阀体(26)，所述部段小于210°并且大于120°。
14.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述入口(28)构造为，进入的流体沿着所述阀体的周缘的部段流至所述阀体(26)，所述部段小于210°并且大于150°。
15.根据权利要求1或2所述的假体膝关节，其特征在于，所述入口(28)构造为，进入的流体沿着所述阀体的周缘的部段流至所述阀体(26)，所述部段等于180°。
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