DE102007039955B3

DE102007039955B3 - Gelenkarm

Info

Publication number: DE102007039955B3
Application number: DE102007039955A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Krömker
Original assignee: Kroemker W GmbH; W Kromker GmbH
Current assignee: Amtrion De GmbH
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2027-08-24

Abstract

Ein Gelenkarm (1) mit mindestens zwei mit jeweils einem Gelenkelement (2) verschwenkbar aneinander angelenkten Trägerarmen (3a, 3b) wird beschrieben. Die Gelenkelemente (2) haben jeweils eine erste und eine zweite Gelenkschale (7, 8). An der ersten Gelenkschale (7) ist eine justierbare Bremsscheibe (12) mit einer ringförmig umlaufenden ersten Auflagefläche angeordnet. Im Zwischenraum zwischen Bremsscheibe (12) und einer zweiten ringförmig umlaufenden Auflagefläche der zweiten Gelenkschale (8) ist ein erster Bremsring (17) angeordnet. Im Zwischenraum zwischen zwei aufeinander zuweisenden Auflageflächen der ersten und zweiten Gelenkschale (7, 8) ist ein zweiter Bremsring (9) angeordnet. Die Bremsringe (9, 17) sind aus einem kunstharzgebundenen Elastomermaterial mit darin eingebetteten Füllstoffen sowie Kohlenstoff gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gelenkarm mit zwei jeweils einem Gelenkelement verschwenkbar aneinander gelenkten Trägerarmen, wobei die Gelenkelemente jeweils eine erste und eine zweite Gelenkschale haben, an der ersten Gelenkschale eine justierbare Bremsscheibe mit einer ringförmig umlaufenden ersten Auflagefläche angeordnet ist und im Zwischenraum zwischen Bremsring und einer zweiten umlaufenden Auflagefläche der zweiten Gelenkschale ein erster Bremsring und im Zwischenraum zwischen zwei aufeinander zuweisenden Auflageflächen der ersten und zweiten Gelenkschale ein zweiter weiterer Bremsring angeordnet ist.
Gelenkarme sind in vielfältigen Ausführungsformen hinreichend bekannt. Grundprinzip von Gelenkarmen ist, dass mindestens zwei Trägerarme über jeweils zwischenliegende Gelenke miteinander verbunden sind, wobei die Gelenkschalen der Gelenke reibschlüssig oder formschlüssig beispielsweise durch Rastmechanismen miteinander so verbunden sind, dass ein Abknicken der Gelenkarme verhindert wird.
DE 297 09 093 U1 beispielsweise beschreibt einen Gelenkarm für Bürogeräte, bei dem zum Gewichtsausgleich Federelemente in die Trägerarme eingebaut sind, die über einen um mindestens einen Gelenk geführtes Zugelement miteinander verbunden sind.
DE 20 2007 004 308 U1 offenbart einen Gelenkarm mit Gelenkköpfen, die eine Reibfläche besitzen. Als Material für eine derartige Reibfläche kommen Materialien in Frage, wie sie bei Bremsklötzen benutzt werden.
DE 101 48 658 C1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Vorkörpern aus faserverstärkten keramischen Materialien, die als Brems-, Kupplungs- und Treibscheiben verwendet werden können. Dabei werden faserverstärkte kunststoffhaltige Vorkörper eingesetzt.
DE 103 21 797 A1 offenbart keramische Reibringe, die beispielsweise aus einer Mischung aus Harz- und Kohlenstofffasern hergestellt werden, wobei nach dem Aushärten der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff karbonisiert wird.
DE 695 32 937 T2 offenbart ein unter anderem hinsichtlich terminierten Freisetzung von Faserabrieb verbessertes verstärktes Reibungsmaterial, das frei von Fasern ist, sogar relativ geringe Mengen an diskontinuierlichen Fasern umfasst, um die angestrebten Reibungs- und Abriebsmerkmale zu erzielen. Das Reibungsmaterial ist kohlenstofflicher Natur und umfasst eine ausgehärtete Mischung aus Reibungsmodifizierpartikeln, Füllstoffpartikeln, eine Polymerharz-Bindemittel und einem eingebetteten Verstärkungskern.
Bei dem Einsatz von Gelenkarmen, insbesondere von Gelenkarmen, bei denen die Gelenkschalen mit einem Bremsring reibschlüssig miteinander gekoppelt sind, besteht das Problem des Abriebs und damit der Kontamination der Umgebung mit Feinstpartikeln aus dem Abrieb. Dies ist beispielsweise beim Einsatz von Gelenkarmen in Kliniken kritisch. Dort werden Gelenkarme beispielsweise in Operationsälen eingesetzt, um Schläuche zu führen und halten.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Gelenkarm mit durch Bremsringe reibschlüssig miteinander gekoppelten Gelenkschalen zu schaffen, wobei der Abrieb der Bremsringe und damit die Kontaminationsgefahr der Umgebung verringert ist.
Die Erfindung wird mit dem Gelenkarm der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Bremsringe aus einem kunstharzgebundenen Elastomermaterial mit darin eingebetteten Mineralfüllstoffen sowie Kohlenstoff gebildet ist, wobei der Anteil von kunststoffharzgebundenem Elastomermaterial 15 bis 25 Gew.-%, der Anteil an mineralischen Fasern 30 bis 50 Gew.-%, der Anteil an synthetischen Fasern 5 bis 15 Gew.-%, der Anteil an mineralischen Füllstoffen 5 bis 15 Gew.-% und der Anteil an Kohlenstoff 5 bis 15 Gew.-% beträgt.
Ein derartiger aus kunstharzgebundenen Elastomermaterial gebildeter Bremsring weist beim Einsatz in Gelenkarmen also keinen Abrieb auf. Durch die Einbettung der Füllstoffe werden die Reibeigenschaften positiv beeinflusst, ohne dass dies das Verschleißverhalten beeinträchtigt.
Die Füllstoffe enthalten vorzugsweise Minerale und/oder synthetische Fasern sowie gegebenenfalls weitere mineralische Füllstoffe. Als synthetische Faser eignet sich z. B. Aramid und als mineralischer Füllstoff Magnesiumoxid oder ähnliches.
Der Anteil an kunstharzgebundenem Elastomermaterial beträgt besonders vorteilhaft etwa 20%. Das kunstharz gebundene Elastomermaterial ist beispielsweise ein mit Phenolharz gebundener synthetischer Kautschuk. In dieses aus synthetischem Kautschuk und Phenolharz gebildete Bindemittelsystem sind die anorganischen Füllstoffe eingebettet, die die Reibeigenschaften und das Verschleißverhalten des Bremsrings beeinflussen sowie zur Verfestigung des Materials dienen. Darüber hinaus können geringe Mengen von Hilfssubstanzen enthalten sein, die den Härtungsablauf der Phenolharze sowie das Vulkanisationsverhalten der Kautschuk positiv beeinflussen.
Die Gelenke des Gelenkarms sind vorzugsweise so aufgebaut, dass eine justierbare Bremsscheibe durch eine federbelastete Justierschraube mit der ersten Gelenkschale verbunden ist. Hierbei ist zwischen der Justierschraube und der ersten Gelenkschale eine Feder angeordnet, um einen Anpressdruck der Bremsscheibe auf den auf der zweiten Gelenkschale aufliegenden Bremsring sicherstellen zu können.
Zwischen dem ersten Bremsring und der Bremsscheibe ist vorzugsweise ein auf einer ringförmig umlaufenden Auflagefläche der Bremsscheibe aufliegender Gleitring angeordnet. Durch diesen Gleitring, der vorzugsweise aus einem polierten Edelstahlmaterial gebildet ist, kann der Abrieb des Bremsrings weiter reduziert werden.
Zwischen zweitem Bremsring und zweiter Gelenkschale ist in entsprechender Weise auch ein Gleitring vorgesehen, der auf einer ringförmig umlaufenden Auflagefläche der zweiten Gelenkschale aufliegt.
Um die Dicke des Bremsrings zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn zwischen Bremsring und erster Gelenkschale ein auf einer ringförmig umlaufenden Auflagefläche der ersten Gelenkschale aufliegender Distanzring vorgesehen ist. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass auch zwischen dem ersten Bremsring und zweiter Gelenkschale ein Distanzring vorgesehen ist.
Der Gelenkarm selbst kann einen Gelenkarmhalter an einem Ende eines Trägerarms haben, der auch mit einem umbeschriebenen Gelenk mit Bremsring verschwenkbar im Gelenkarm angebracht ist. Am anderen Ende des Gelenkarms kann eine entspre chende Funktion des Gelenkarms angepasstes Trägerelement vorgesehen sein, wie beispielsweise ein Schlauchhalter für Versorgungsschläuche.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 – Ansicht eines Gelenkarmes;
2 – Schnittansicht durch ein Gelenk des Trägerarms aus 1;
3 – Draufsicht auf einen teilweise geschnittenen Gelenkarm aus 1;
4 – Seitenansicht des teilweise geschnittenen Gelenkarms aus 3.
1 lässt eine Ansicht des Geräteträgerarms 1 erkennen, der zwei über ein erstes Gelenk an ihren Enden miteinander verbundene Trägerarme 3a, 3b hat. An dem dem ersten Gelenk 2a gegenüberliegenden Ende des ersten Trägerarms 3a ist eine zweites Gelenk 2b vorgesehen, um einen Gelenkarmhalter 4 schwenkbar an den ersten Trägerarm 3a anzulenken.
In entsprechender Weise ist an dem dem ersten Gelenk 2a gegenüberliegenden Ende des zweiten Trägerarms 3b ein drittes Gelenk 2c angeordnet, um ein Trägerelement 5 mit beispielsweise einem Schlauchhalter 6 zum Führen und Halten medizinischer Versorgungsschläuche verschwenkbar an den Gelenkarm 1 anzulenken.
Der Gelenkarmhalter 4 hat in an sich bekannter Weise eine Schraubzwingenanordnung, um den Gelenkarm 1 zerstörungslos mit zwei verstellbaren backen lösbar an eine Basis, wie beispielsweise einem Medizingerätegestell zu befestigen.
Auf die Trägerarme 3a, 3b und gegebenenfalls den Gelenkarmhalter 4 und das Trägerelement 5 sind Führungselemente 6 aufgesetzt, um beispielsweise einen medizinischen Versorgungsschlauch an den Trägerarmen 3a, 3b entlang zum Schlauchhalter 6 zu leiten. Hierzu haben die Führungselemente 6 entsprechende Durchführungsöffnungen.
2 lässt eine Schnittansicht durch ein Gelenk 2 des in der 1 dargestellten Gelenkarms 1 erkennen. Das Gelenk 2 besteht aus einer ersten Gelenkschale 7, die beispielsweise mit dem Ende des ersten Trägerarmes 3a verbunden ist, und einer zweiten Gelenkschale 8, die mit dem Ende des zweiten Trägerarms 3b verbunden ist. Die Gelenkschalen sind stirnseitig aufeinander zuweisend mit einem zwischenliegenden zweiten Bremsring 9 aufeinandergesetzt. Zwischen der Auflagefläche der ersten Gelenkschale 7 und dem Bremsring 9 ist ein Distanzring 10 angeordnet. Gegenüberliegend vom Distanzring 10 ist zwischen dem zweiten Bremsring 9 und der Auflagefläche der zweiten Gelenkschale 8 ein Gleitring 11 angeordnet, dessen Oberfläche poliert ist und der den Abrieb des zweiten Bremsrings 9 bei einer Verschwenkung des Gelenks 2 reduziert.
Das Andrücken der zweiten Gelenkschale 8 an die erste Gelenkschale 7 erfolgt mit Hilfe einer justierbaren Bremsscheibe 12, die durch eine federbelastete Justierschraube 13, einem Sicherungs-Klemmkonus 14 und einer Mutter 15 an der ersten Gelenkschale 7 befestigt ist. Zwischen dem Kopf der Justierschraube 13 und einer Auflagefläche an der ersten Gelenkschale 7 ist eine Feder 16 angeordnet, um die Bremsscheibe mit einer mit Hilfe des Sicherungs-Klemmkonus 14 eingestellten Kraft auf einen ersten Bremsring 17 zu pressen, der auf einer Auflagefläche der zweiten Gelenkschale 8 aufliegt. Zwischen einer Auflagefläche der justierbaren Bremsscheibe 12 und dem ersten Bremsring 17 ist ein weiterer Gleitring 18 angeordnet. Es ist erkennbar, dass der Durchmesser des ersten Bremsrings 17 und des ersten Gleitrings 18 kleiner als der Durchmesser des zweiten Bremsrings 9 und des zugeordneten Distanzrings 10 und Gleitrings 11 ist.
Weiterhin wird deutlich, dass der zweite Bremsring 9 und der daran anliegende Gleitring 11 radial innen durch einen Führungssteg der ersten Gelenkschale 8 zentriert sind.
Bei der Betätigung des Gelenks 2 durch Verschwenken der ersten Gelenkschale 7 relativ zur zweiten Gelenkschale 8 tritt in der Regel durch Reibung Verschleiß bei den ersten und zweiten Bremsringen 9, 17 auf. Dabei können sich Feinstpartikel vom Bremsring 9, 17 lösen und über Lücken zwischen erster und zweiter Gelenkschale 7, 8 nach Außen gelangen.
Zur Reduzierung der möglichen Kontamination der Umgebung ist das Gelenk 2 beidseits mit auf die erste und zweite Gelenkschale 7, 8 jeweils aufgesetzten Deckeln 19a, 19b geschützt.
Entscheidend ist jedoch, dass die Bremsringe aus einem kunstharzgebundenen Elastomermaterial gebildet sind, in die Füllstoffe eingebunden sind und die Kohlenstoff enthalten.
Durch das kunstharzgebundene Elastomermaterial gelingt es, die Füllstoffe derart festzulegen, dass unter Sicherstellung der erforderlichen Reibeigenschaften das Verschleißverhalten des Bremsrings verbessert wird. Bei einer Betätigung des Gelenkarms 1 tritt kein nennenswerter Abrieb auch im stark beanspruchten Langzeitbetrieb auf. Das kunstharzgebundene Elastomermaterial ist asbestfrei und wird formgepresst. Es weist einen mittleren dynamischen Reibwert μ (trocken) von ca. 0,33 auf.

Die formgepressten Bremsringe 9, 17 werden vorzugsweise aus einem Bindemittelsystem aus synthetischem Kautschuk und Phenolharz gebildet, in das anorganische Füllstoffe eingebettet sind, die die Reibeigenschaften und das Verschleißverhalten beeinflussen sowie zur Verfestigung des Materials dienen. Darüber hinaus sind geringe Mengen von Hilfssubstanzen enthalten, die den Härtungsablauf der Phenolharze sowie das Vulkanisationsverhalten der Kautschuke positiv beeinflussen. Die Bremsringe 9, 17 enthalten folgende Substanzen:

synthetischer Kautschuk und Kunstharz	20 Gew.-%
mineralische Fasern	30 bis 50 Gew.-%
mineralische Füllstoffe (z. B. Magnesiumoxid)	5 bis 15 Gew.-%
synthetische Fasern (z. B. Aramid)	5 bis 15 Gew.-%
Kohlenstoffe (z. B. Graphit, Koks)	5 bis 15 Gew.-%

Die Härte eines solchen Bremsrings 9, 17 beträgt bei 20°C ca. 600 daN/cm². Die Zugfestigkeit eines solchen Bremsrings 9, 17 beträgt bei 20°C ca. 90 daN/cm³. Das spezifische Gewicht beträgt etwa 1,8 g/cm³.
Der Bremsring weist einen Reibwert μ von etwa 0,4 bis 5,6 bei einem Anpressdruck von etwa 3 bis 12 daN/cm² und einer Geschwindigkeit von 6 m/s und einer Temperatur von 150°C oder einer Gleitgeschwindigkeit von 3 bis 12 m/s bei einem Anpressdruck von 6 daN/cm² und einer Temperatur von 150°C. Auch bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 300°C und einer Dauerbremsung mit einer Geschwindigkeit von 6 m/s und einem Anpressdruck von 6 daN/cm² beträgt der Reibwert μ etwa 0,4 bis 0,6.
3 lässt eine Draufsicht auf den Gelenkarm aus 1 erkennen. Dabei wird insbesondere der Aufbau des am Trägerelements 5 angeordneten Schlauchhalters 6 deutlich, der aus U-förmig in einem Winkel von jeweils 90° zueinander angeordneten Schlauchhalteklemmen aufweist und mit einem Rohrstück 20 an auf ein Ende des Trägerarms 5 gesteckt und daran angeschraubt werden kann.
4 lässt eine Seitenansicht des Gelenkarms 1 aus 1 erkennen, aus der der Aufbau des Gelenkarmhalters 4 deutlicher wird. Der Gelenkarmhalter 4 ist aus einer U-förmigen Spange gebildet, wobei im freien Flankenstück der Spange eine Schraubzwingenanordnung 5 angeordnet ist, die an der nicht sichtbaren Seite des Gelenkarmhalters zwei Backenelemente hat, die mit Hilfe einer Rändelmutter 21 relativ zueinander verlagert werden können.

Claims

Gelenkarm (1) mit mindestens zwei mit jeweils einem Gelenkelement (2) verschwenkbar aneinander an gelenkten Trägerarmen (3a, 3b), wobei die Gelenkelemente (2) jeweils eine erste und eine zweite Gelenkschale (7, 8) haben, an der ersten Gelenkschale (7) eine justierbare Bremsscheibe (12) mit einer ringförmig umlaufenden ersten Auflagefläche angeordnet ist und im Zwischenraum zwischen Bremsscheibe (12) und einer zweiten ringförmig umlaufenden Auflagefläche der zweiten Gelenkschale (8) ein erster Bremsring (17) und im Zwischenraum zwischen zwei aufeinander zuweisenden Auflageflächen der ersten und zweiten Gelenkschale (7, 8) ein zweiter Bremsring (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsringe (9, 17) aus einem kunstharzgebundenen Elastomermaterial mit darin eingebetteten Füllstoffen sowie Kohlenstoff gebildet sind, wobei der Anteil des kunstharzgebundenen Elastomermaterials 15–25 Gew.-%, der Anteil an mineralischen Fasern 30–50 Gew.-%, der Anteil an synthetischen Fasern 5–15 Gew.-%, der Anteil an mineralischen Füllstoffen 5–15 Gew.-% und der Anteil an Kohlenstoff 5–15 Gew.-% beträgt.
Gelenkarm (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe mineralische und/oder synthetische Fasern enthalten.
Gelenkarm (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des kunstharzgebundenen Elastomermaterials 20 Gew.-% beträgt.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere dynamische Reibwert (r) der Bremsringe (9, 17) im Bereich von 0,2 und 0,6 und bevorzugt annährend 0,33 beträgt.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Magnesiumoxid als mineralischen Füllstoff.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Aramid als synthetische Faser.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Graphit und/oder Koks als Kohlenstoffe.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die justierbare Bremsscheibe (12) durch eine federbelastete Justierschraube (13) mit der ersten Gelenkschale (7) verbunden ist.
Gelenkarm (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (16) zwischen Justierschraube (13) und erster Gelenkschale (7) angeordnet ist.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erstem Bremsring (17) und Bremsscheibe (12) ein auf einer ringförmig umlaufenden Auflagefläche der Bremsscheibe (12) aufliegender Gleitring (18) angeordnet ist.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zweitem Bremsring (9) und zweiter Gelenkschale (8) ein auf einer ringförmig umlaufenden Auflagefläche der zweiten Gelenkschale (8) aufliegender Gleitring (11) angeordnet ist.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zweitem Bremsring (9) und erster Gelenkschale (7) ein auf einer ringförmig umlaufenden Auflagefläche der ersten Gelenkschale (7) aufliegender Distanzring (10) angeordnet ist.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm (1) einen mit einem Gelenkelement (2) an einem Trägerarm (3a) verschwenkbar angelenkten Gelenkarmhalter (4) an einem Ende hat.
Gelenkarm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm (1) an einem Ende ein Trägerelement (5), vorzugsweise mit einem Schlauchhalter (6) hat.