DE102016125080B3

DE102016125080B3 - Pneumatischer Saug-/Druckzylinder für den Einsatz in Prothesen

Info

Publication number: DE102016125080B3
Application number: DE102016125080.5A
Authority: DE
Inventors: Chia-Pao Cheng; Chih-Hsuan Liang
Original assignee: Ken Dall Enterprise Co Ltd
Current assignee: Ken Dall Enterprise Co Ltd
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2036-12-22

Abstract

Bei Beinprothesen beeinflußt die Struktur des zu begenden Terrains die Leichtigkeit des Gehens sehr stark.Um das Gehen in diesen Fällen zu erleichtern können Luftpolster in einem pneumatischen Zylinder als Puffer eingesetzt werden.Bei der vorliegenden Erfindung wird der Pneumatikzylinder nicht nur zur Pufferung eingesetzt, sondern er erzeugt auch einen Unterdruck, der die Hülse mit dem Beinstumpf verbindet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Saug-/Druckzylinder mit Druckregulierung zur Stoßdämpfung an den Gelenken von Prothesen, der durch eine Anzahl von Luftkammern im Inneren, deren Druck durch Volumenänderung reguliert wird, die Gehbewegung des Prothesenträgers unterstützt und so ein entspannteres Gehen erlaubt.
Beschreibung des derzeitigen Standes der Technik
US 9 180 026 B2 beschreibt einen unregulierten Dämpfungszylinder mit einer Luftkammer im Inneren, in der sich ein beweglicher Kolben befindet, der sie in einen oberen und einen unteren Luftraum teilt. Eine Seite des Kolbens hat eine nach außen gehende Kolbenstange. Dazu kommt ein erstes Rückschlagventil im Kolben, das den oberen und den unteren Luftraum verbindet und einen Lufttransfer vom oberen zum unteren Luftraum zulässt. Ein oberer Luftweg mit einem zweiten Rückschlagventil, das einen Lufttransfer von außen nach innen erlaubt, verbindet den oberen Luftraum mit der Umwelt, und ein unterer Luftweg verbindet den unteren Luftraum mit der Umwelt, wobei der obere Luftweg einen größeren Querschnitt hat als der untere, so dass mehr Luft ein- als ausfließen kann.
Obwohl diese Ausführung eines unregulierten Dämpfungszylinders bereits viele Verbesserungen enthält, bleiben wegen der Beschränkung auf nur eine Luftkammer noch viele Wünsche im Hinblick auf Anpassung an die Gehgeschwindigkeit, die Schwerpunktlage und das Terrain offen.
Aus der WO 2016/032609 A1 ist eine hydraulisch verstärkte Vakuumpumpe für Prothesen und Orthesen bekannt. Die Pumpe enthält zwei reziprok wirkende Kolben, die in einer Hydraulikkammer gekoppelt sind. Durch unterschiedliche Größe der Kolbenflächen bewirkt eine kleine Vakuumänderung in der Hydraulikkammer eine größere Vakuumänderung in der Pneumatikkammer.
Die US 2014/0371874 A1 und die GB 2536056 A zeigen ebenfalls pneumatisch/hydraulisch unterstützte Gelenke mit doppelt wirkenden Kolben in einem Zylinder.
Aufgabe der Erfindung ist es, durch Einsatz eines regulierten Saug-/Druckzylinders bei einer Prothese das Schweregefühl beim Gehen zu verringern.
Das Ziel der Erfindung wird durch eine Kombination mehrerer Lufträume, die sich an den Bewegungsrhythmus des Benutzers und das Terrain anpassen, erreicht. Dabei wird ein entspanntes Gehen dadurch unterstützt, dass zwischen der Hülse und dem Beinstumpf ein Unterdruck besteht.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 4 angegebene Erfindung gelöst. Weitergehende Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Figurenliste

1 Perspektivische Darstellung der Erfindung
2 Perspektivische Explosionsdarstellung der Erfindung
3A Die Erfindung von oben gesehen
3B Schnitt T -- T
4 (A, B, C) Die Erfindung von oben gesehen (mit verschiedenen Schnittwinkeln)
5 (A1, B1, C1) Schnitt A -- A, B -- B, C -- C (nach 4) im Ruhezustand
6 (A2, B2, C2) Analog zu 5, Kolben nach unten gedrückt
7 (A3, B3, C3) Analog zu 6, Kolben nach oben gezogen
8 (A4, B4, C4) Die Erfindung mit evakuierter Muffe bei entsprechend zu 6 nach oben gezogenem Kolben
9 Perspektivische Explosionsdarstellung einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung
10 (D, E) Die Ausführung nach 9 unter verschiedenen Winkeln von oben gesehen
11 (D1, E1) Analog zu 10, Kolben nach unten gedrückt
12 (D2, E2) Analog zu 10, Kolben nach oben gezogen

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
1 bis 8 zeigen die optimierte Ausführung eines kontrollierten pneumatischen Saug-/Druckzylinders, der dem Benutzer ein schnelles Gehen erlaubt und zwischen dem Beinstumpf und der (hier nicht dargestellten) Hülse sitzt. Er enthält:

-- einen Pneumatikzylinder 1, auf dessen Außenseite ein mit dem Inneren des Pneumatikzylinders 1 verbundenes erstes Rückschlagventil 3 sitzt, ein zweites Rückschlagventil 4 und ein Hülsenventil 5, wobei der Pneumatikzylinder 1 im Inneren unterhalb des Hülsenventils 5 eine feststehende Trennplatte 11 hat;
-- einen Kolben 2 mit einer fest mit ihm verbundenen hermetisch abschließenden ersten Kolbenplatte 21, in der sich eine Luftmengenstellschraube 22 befindet, wobei sich der Kolben 2 in der Bohrung 111 der Trennplatte 11 auf und abbewegen kann, und wobei sich im Pneumatikzylinder 1 zwischen der ersten Kolbenplatte 21 und der Trennplatte 11 der erste Luftraum 12 ausbildet, der mit dem Hülsenventil 5 verbunden ist, so dass Luft aus der Hülse in ihn einströmen kann;
-- eine zweite Kolbenplatte 24 am Ende des Kolbens 2, die zusammen mit der Trennplatte 11 einen zweiten Luftraum 13 schafft, welcher mit dem ersten Rückschlagventil 3 verbunden ist, so dass Luft von außerhalb des Pneumatikzylinders 1 einströmen kann und
-- einen dritten Luftraum 14 zwischen der Kolbenplatte 24 und dem unteren Ende des Pneumatikzylinders 1, wobei ein zweites Rückschlagventil 4 mit dem zweiten Luftraum 13 verbunden ist und sich innerhalb des Kolbens 2 ein Kolbenluftweg 23 befindet.

1 bis 3 zeigen, dass das Hülsenventil 5 hauptsächlich eine Verbindung zu der am Körper des Trägers befestigten Hülse herstellt. Das erste Rückschlagventil 3 hat an beiden Enden jeweils einen Filtereinsatz 31 und einen Rückschlageinsatz 32 und ermöglicht das Ansaugen von Außenluft in den zweiten Luftraum 13. Das zweite Rückschlagventil 4 hat einen Rückschlageinsatz 41. Dadurch wird eine Luftbewegung vom zweiten Luftraum 13 zum dritten Luftraum 14 im Pneumatikzylinder 1 ermöglicht.
Aus 4 (A), (B) und (C), die die Erfindung in der Draufsicht zeigen, und den zugeordneten Schnitten in 5 bis 7 kann die Arbeitsweise der Erfindung leicht ersehen werden. In 5 (A1), (B1) und (C1) sind der erste Luftraum 12 und der dritte Luftraum 14 groß und der zweite Luftraum 13 auf ein Minimum zusammengedrückt.
6 (A2), (B2) und (C2) zeigen den gebeugten Zustand des Knies während des Gehens. Der Kolben 2 wird nach unten gedrückt und die Luft im ersten Luftraum 12 wird von der ersten Kolbenplatte 21 komprimiert. Sie beginnt durch das Rückschlagventil 112 in den zweiten Luftraum 13 zu strömen, der sich im Vergleich zu 5 vergrößert. Über das erste Rückschlagventil 3 strömt Luft von außerhalb des Pneumatikzylinders 1 in den zweiten Luftraum 13. Die Luft im dritten Luftraum 14 wird von der zweiten Kolbenplatte 24 komprimiert und entweicht über die Luftdrosselschraube 25 und den beweglichen Kolben 26. Dabei wird der bewegliche Kolben 26 in Bewegung versetzt, blockiert vorübergehend den Luftstrom durch den Kolbenluftweg 23 und verhindert so die Entlüftung, bis der Luftdruck im dritten Luftraum 14 so weit gefallen ist, dass sich der bewegliche Kolben 26 wieder nach unten bewegt. Dies erlaubt dem Benutzer ein normales Gehen.
7 (A3), (B3) und (C3) zu Folge wird bei einer Bewegung des Kolbens 2 nach oben Luft innerhalb der Hülse durch das Hülsenventil 5 in den ersten Luftraum 12 gesaugt und Luft aus dem zweiten Luftraum 13 wird durch den Rückschlageinsatz 41 des zweiten Rückschlagventils 4 in den dritten Luftraum 14 geleitet, bzw. es wird Außenluft über den beweglichen Kolben 26 angesaugt bis sich ein Gleichgewicht ergibt. Dies gilt solange in der Hülse kein Vakuum entsteht.
Wenn sich bei gebeugtem Knie in der Hülse ein Vakuum gebildet hat, gilt weiterhin das zu 4 bis 6 Gesagte. Wenn sich der Kolben 2 nach oben bewegt, strömt jedoch, wie in 8 gezeigt, Luft durch die Luftmengenstellschraube 22 in den ersten Luftraum 12 und Luft aus dem zweiten Luftraum 13 über den Rückschlageinsatz 41 in den dritten Luftraum 14. Außerdem kann der dritte Luftraum 14 Außenluft über den beweglichen Kolben 26 und die Luftdrosselschraube 25 erhalten, wodurch das Gleichgewicht im Pneumatikzylinder 1 erhalten bleibt.
9 bis 12 zeigen eine weitere leicht abgewandelte bevorzugte Ausführung der Erfindung. Sie ist vor allem für Benutzer die keinen großen Wert auf schnelles Gehen legen, gedacht. Die Änderungen umfassen im Einzelnen:

1.) Die erste Kolbenplatte 21 hat zusätzlich ein erstes Auslassventil 221, dessen Zweck es ist, während der Bewegung des Kolbens 2 Luft aus dem ersten Luftraum 12 nach außerhalb des Pneumatikzylinders 1 zu entlassen.
2.) Das Rückschlagventil 112 in der Trennplatte 11 ist durch eine mit einem O-Ring abgedichtete Schraube 6 ersetzt, um Luftfluss vom ersten Luftraum 12 in den zweiten Luftraum 13 und den dritten Luftraum 14 zu verhindern.
3.) Auf der zweiten Kolbenplatte 24 ist zusätzlich ein zweites Auslassventil. 241 angebracht, um Luft aus dem dritten Luftraum 14 in den zweiten Luftraum 13 fließen lassen zu können, wobei ein Luftraumventil 8 dazu dient während der Bewegung des Kolbens 2 eine Luftbewegung zwischen zweitem Luftraum 13 und drittem Luftraum 14 zu erlauben.

Die Struktur enthält folgendes:

-- einen Pneumatikzylinder 1, auf dessen Außenseite ein mit dem Inneren des Pneumatikzylinders 1 verbundenes Luftraumventil 8 und ein Hülsenventil 5 sitzen, sowie im Inneren unterhalb des Hüsenventils 5 eine feststehende Trennplatte 11;
-- einen Kolben 2 mit einer fest mit ihm verbundenen hermetisch abschließenden ersten Kolbenplatte 21, in der sich eine Luftmengenstellschraube 22 und ein erstes Auslassventil 221 befinden, der sich in der Bohrung 111 der Trennplatte 11 auf und abbewegen kann, wobei sich im Pneumatikzylinder 1 zwischen der ersten Kolbenplatte 21 und der Trennplatte 11 der erste Luftraum 12 ausbildet, der mit dem Hülsenventil 5 verbunden ist, so dass Luft aus der Hülse in ihn einströmen kann;
-- eine zweite Kolbenplatte 24 am Ende des Kolbens 2, die zusammen mit der Trennplatte 11 einen zweiten Luftraum 13 und zwischen zweiter Kolbenplatte 24 und unterem Ende des Pneumatikzylinders 1 einen dritten Luftraum 14 schafft, wobei das Luftraumventil 8 mit dem zweiten Luftraum 13 und dem dritten Luftraum 14 verbunden ist, so dass sich die Größe der Lufträume entsprechend dem Luftfluss ändert, und wobei die zweite Kolbenplatte 24 ein zweites Auslassventil 241 hat, das einen Luftfluß vom dritten Luftraum 14 zum zweiten Luftraum 13 und umgekehrt erlaubt, so dass eine Pufferung der Luft im ersten Luftraum 12 erfolgt, was ein flüssiges Gehen erlaubt.

Claims

Pneumatischer Saug-/Druckzylinder für den Einsatz in Prothesen, der beim schnellen Gehen den Unterdruck zwischen Beinstumpf und Hülse kontrolliert, und der Folgendes enthält: -- einen Pneumatikzylinder (1), auf dessen Außenseite ein mit dem Inneren des Pneumatikzylinders (1) verbundenes erstes Rückschlagventil (3) sitzt, ein zweites Rückschlagventil (4) und ein Hülsenventil (5), wobei der Pneumatikzylinder (1) im Inneren unterhalb des Hülsenventils (5) eine feststehende Trennplatte (11) hat; -- einen Kolben (2) mit einer fest mit ihm verbundenen hermetisch abschließenden ersten Kolbenplatte (21), in der sich eine Luftmengenstellschraube (22) befindet, wobei der Kolben (2) sich in der Trennplatte (11) auf und abbewegen kann, und wobei sich im Pneumatikzylinder (1) zwischen der ersten Kolbenplatte (21) und der Trennplatte (11) der erste Luftraum (12) ausbildet, der mit dem Hülsenventil (5) verbunden ist, so dass Luft aus der Hülse in ihn einströmen kann; -- eine zweite Kolbenplatte (24) am Ende des Kolbens (2), die zusammen mit der Trennplatte (11) einen zweiten Luftraum (13) schafft, welcher mit dem ersten Rückschlagventil (3) verbunden ist, so dass Luft von außerhalb des Pneumatikzylinders (1) einströmen kann; -- einen dritten Luftraum (14) zwischen der Kolbenplatte (24) und dem unteren Ende des Pneumatikzylinders (1), der über ein zweites Rückschlagventil (4) mit dem zweiten Luftraum (13) verbunden ist und wobei sich innerhalb des Kolbens (2) ein Kolbenluftweg (23) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftraum (12), der zweite Luftraum (13) und der dritte Luftraum (14) innerhalb des Pneumatikzylinders (1) im Zusammenspiel mit dem sich bewegenden Kolben (2) ihr Volumen ändern können und so ein schnelles Gehen des Prothesenträgers unterstützen, wobei sich im Kolbenluftweg (23) ein beweglicher Kolben (26) und eine Luftdrosselschraube (25) befinden, so dass beim Ablassen der Luft aus dem dritten Luftraum (14) der bewegliche Kolben (26) augenblicklich den Kolbenluftweg (23) blockieren kann, damit der Druck der Luft das schnelle Gehen unterstützen kann.
Pneumatischer Saug-/Druckzylinder nach Anspruch 1, bei dem die Luftmengenstellschraube (22) während der Aufwärtsbewegung des Kolbens (2) die Außenluft in den ersten Luftraum (12) einströmen lässt.
Pneumatischer Saug-/Druckzylinder nach Anspruch 1, bei dem die feststehende Trennplatte (11) im Zentrum außerdem eine Bohrung (111), in der der Kolben (2) gleiten kann und an der Seite ein Rückschlagventil (112) hat, so dass Luft aus dem ersten Luftraum (12) in den zweiten Luftraum (13) strömen kann.
Pneumatischer Saug-/Druckzylinder für den Einsatz in Prothesen, der beim schnellen Gehen den Unterdruck zwischen Beinstumpf und Hülse kontrolliert und der Folgendes enthält: -- einen Pneumatikzylinder (1), auf dessen Außenseite ein mit dem Inneren des Pneumatikzylinders (1) verbundenes Luftraumventil (8) und ein Hülsenventil (5) sitzen, sowie im Inneren unterhalb des Hüsenventils (5) eine feststehende Trennplatte (11); -- einen Kolben (2) mit einer fest mit ihm verbundenen hermetisch abschließenden ersten Kolbenplatte (21), in der sich eine Luftmengenstellschraube (22) und ein erstes Auslassventil (221) befinden, der sich in der Trennplatte (11) auf und abbewegen kann, wobei sich im Pneumatikzylinder (1) zwischen der ersten Kolbenplatte (21) und der Trennplatte (11) der erste Luftraum (12) ausbildet, der mit dem Hülsenventil (5) verbunden ist, so dass Luft aus der Hülse in ihn einströmen kann; -- eine zweite hermetisch abschließende Kolbenplatte (24) am Ende des Kolbens (2), die zusammen mit der Trennplatte (11) einen zweiten Luftraum (13) und zwischen zweiter Kolbenplatte (24) und unterem Ende des Pneumatikzylinders (1) einen dritten Luftraum (14) schafft, wobei das Luftraumventil (8) mit dem zweiten Luftraum (13) und dem dritten Luftraum (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftraum (12), der zweite Luftraum (13) und der dritte Luftraum (14) innerhalb des Pneumatikzylinders (1) im Zusammenspiel mit dem sich bewegenden Kolben (2) ihr Volumen ändern können, wobei die zweite Kolbenplatte (24) ein zweites Auslassventil (241) hat, das einen Luftfluss vom dritten Luftraum (14) zum zweiten Luftraum (13) und umgekehrt erlaubt, so dass eine Pufferung der Luft im ersten Luftraum (12) erfolgt, was ein flüssiges Gehen erlaubt.