-
Die Erfindung betrifft eine pneumatische Dämpfereinrichtung mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder verlagerbaren Kolben, der an einer Kolbenstange gelagert ist und den Zylinder in eine Flexionskammer und eine Extensionskammer unterteilt, wobei die Extensionskammer durch ein dem Kolben gegenüberliegendes Sperrelement begrenzt ist und in dem Sperrelement Drosseln oder Ventile angeordnet sind, die jeweils in einem Strömungskanal in die und aus der Extensionskammer angeordnet sind.
-
Aus der
WO 2015/051908 A1 ist eine orthopädietechnische Dämpfereinrichtung mit einem beweglich gelagerten Kolben und zumindest einer eine Wandung aufweisende Kammer bekannt, in der ein komprimierbares Medium durch Verlagerung des Kolbens in einer ersten Richtung verdichtet und durch die Verlagerung des Kolbens in die entgegengesetzte zweite Richtung entspannt wird. Die Kammer ist mit einem Auslasskanal verbunden, dem ein Verschlusselement zugeordnet ist, das beweglich an einem Träger gelagert ist. Der Träger ist mit dem Kolben gekoppelt oder als Kolben ausgebildet, wobei das Verschlusselement mit einem relativ zu dem Träger verlagerbaren Kontaktbereich gekoppelt ist. Mit dieser Dämpfereinrichtung ist es möglich, eine positionsunabhängige und richtungsgesteuerte Entlüftung der Kammer zu bewirken und den Auslasskanal in einem Moment freizugeben, wenn keine Kompression des Mediums mehr erfolgt und eine Entspannung des Mediums erfolgen soll.
-
Bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten der pneumatischen Dämpfereinrichtung, beispielsweise wenn sie als eine Dämpfereinrichtung in einem Prothesenkniegelenk oder einem Orthesenkniegelenk eingesetzt wird, besteht das Problem, dass es bei hohen Flexionswiderständen zu einem Luftmangel in der Extensionskammer kommt, da die Extensionskammer bei der Flexionsbewegung nicht vollständig belüftet werden kann und die in der Flexionskammer komprimierte Luft bei der Bewegungsumkehr in die Atmosphäre entlassen wird. Durch den Luftmangel in der Extensionskammer besteht das Problem, dass in Extensionsrichtung nur eine unbefriedigende Dämpfung stattfinden kann.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine pneumatische Dämpfereinrichtung bereitzustellen, mit der auch bei unterschiedlichen Betätigungsgeschwindigkeiten ausreichend komprimierbares Medium bereitgestellt wird, um eine ausreichende Extensionsdämpfung zu bewirken.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine pneumatische Dämpfereinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
-
Die pneumatische Dämpfereinrichtung mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder verlagerbaren Kolben, der an einer Kolbenstange gelagert ist und den Zylinder in eine Flexionskammer und eine Extensionskammer unterteilt, wobei die Extensionskammer durch ein dem Kolben gegenüberliegendes Sperrelement begrenzt ist und in dem Sperrelement Drosseln oder Ventile angeordnet sind, die jeweils in einem Strömungskanal in die und aus der Extensionskammer angeordnet sind, sieht vor, dass in dem Kolben ein Schaltventil angeordnet ist, das in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Kolbens schaltbar ist und bei einer Extensionsbewegung eine strömungstechnische Verbindung in dem Kolben zwischen der Flexionskammer und der Extensionskammer öffnet. Durch die bewegungsrichtungsgesteuerte Öffnung des Ventils und damit des Überstromkanals von der druckbeaufschlagten Flexionskammer zu der Extensionskammer wird die Extensionskammer mit der in der Flexionskammer gefangenen Luft zu Beginn der Extensionsbewegung befüllt und ein Druckausgleich zwischen den Kammern findet statt. Dadurch wird die Flexionskammer entlastet und die Extensionskammer mit einer vergrößerten Luftmenge aufgeladen. Bei schnellen Lastwechseln steht somit bei der Extensionsbewegung mehr Luft in der Extensionskammer zur Verfügung. Während bei schnellen Lastwechseln sonst die Gefahr besteht, dass zu wenig Luft in der Extensionskammer vorhanden ist und damit eine Extensionsbewegung nur unzureichend gedämpft werden kann, ist es mit der erfindungsgemäßen pneumatischen Dämpfereinrichtung möglich, eine erhöhte Luftmasse in der Extensionskammer unmittelbar nach der Bewegungsumkehr des Kolbens von Flexion zu Extension bereitzustellen und damit im Wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit des Pneumatikkolbens eine gleichbleibende Dämpfung und damit harmonische Bewegung zu erreichen.
-
Durch die Einleitung der komprimierten Luft aus der Flexionskammer in die Extensionskammer wird zudem eine Verringerung der Betriebsgeräusche erreicht, da die Luft aus der Flexionskammer nicht mehr in die Atmosphäre entlassen wird.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Schaltventil ein federbelastetes Rückschlagventil zugeordnet ist, das einen Druckaufbau in der Extensionskammer ermöglicht. Das federbelastete Rückschlagventil ist bevorzugt in Strömungsrichtung von der Flexionskammer in die Extensionskammer dem Schaltventil nachgeordnet. Durch die Feder wird das Rückschlagventil bei einer Extensionsbewegung weiterhin offen gehalten, bis ein vorbestimmter Innendruck innerhalb der Extensionskammer bei der Extensionsbewegung erreicht wird. Ab Erreichen dieses Druckes schließt das Rückschlagventil und verhindert ein Rückströmen von komprimierter Luft oder einem komprimierten Medium aus der Extensionskammer in die Flexionskammer. Das Schließen des federbelasteten Rückschlagventils findet statt, nachdem ein Druckausgleich zwischen der Flexionskammer und der Extensionskammer herbeigeführt worden ist.
-
Dem Schaltventil ist bevorzugt ein Reibungselement zum Öffnen und Schließen des Schaltventils zugeordnet. Über das Reibungselement, das beispielsweise an der Zylinderwand der Kammer anliegt, ist es möglich, eine druckunabhängige und richtungsgesteuerte Aktuierung des Schaltventils zu bewirken. Das Schaltventil, das grundsätzlich auch als Rückschlagventil ausgebildet sein kann und bei einer Flexionsbewegung, also einer Komprimierung der Luft innerhalb der Flexionskammer einen Durchtritt der komprimierten Luft durch den Kolben sperrt, öffnet nicht mehr druckabhängig, sondern durch eine Richtungsumkehr und eine Bewegungssteuerung, die über ein Reibungselement das Schaltventil öffnet und gegebenenfalls auch schließt. Das Reibungselement kann dann sowohl zum Öffnen als auch zum Schlie-ßen des Ventils ausgebildet sein. Das Reibungselement kann einstellbar ausgebildet sein, beispielsweise kann die Reibkraft, die zwischen dem Reibungselement und dem Zylinder oder der Zylinderwand wirkt, eingestellt werden. Ebenfalls ist es möglich, dass dem Reibungselement ein Verzögerungselement zugeordnet ist, beispielsweise in Gestalt einer Feder, eines Elastomerelementes oder eines anderen Trägheitselementes, das mit einer zeitlichen oder wegabhängigen Verzögerung das Schaltventil öffnet, wenn eine Extensionsbewegung eingeleitet worden ist.
-
Bevorzugt ist das Schaltventil so ausgebildet, dass es bei einer Extensionsbewegung geöffnet und bei einer Flexionsbewegung geschlossen bleibt. Dies kann durch eine Zwangssteuerung über das Reibungselement oder einen anderen Aktuator geschehen. Wesentlich ist, dass der Strömungsweg von der Flexionskammer mit dem Überdruck zur Extensionskammer bei einer Extensionsbewegung immer geöffnet und bei einer Flexionsbewegung immer geschlossen wird.
-
Die in der Flexionskammer komprimierte Luft wird somit zweimal verwendet, einmal zur Dämpfung der Flexionsbewegung mit einem geschlossenen Schaltventil und zusätzlich zur Steuerung der Extensionsbewegung durch die Drossel oder das Ventil innerhalb des Sperrelementes, wenn die Luft oder das Pneumatikmedium aus der Extensionskammer durch das Sperrelement hindurch in die Atmosphäre oder in eine andere Komponente der pneumatischen Dämpfereinrichtung geleitet wird.
-
Das Federelement des Rückschlagventils, das dem Schaltventil zugeordnet ist, kann in seiner Vorspannung einstellbar sein, um eine Einstellung des Dämpfungsverhaltens der pneumatischen Dämpfereinrichtung zu ermöglichen.
-
Um eine weitere Verringerung der akustischen Belastung bei dem Betrieb der pneumatischen Dämpfereinrichtung zu verringern, ist in der strömungstechnischen Verbindung zwischen der Flexionskammer und der Extensionskammer zumindest ein Schalldämpfer angeordnet, beispielsweise in Gestalt eines Schaumstoffeinsatzes.
-
Die Strömungskanäle in dem Sperrelement, das auch als eine Pneumatiktrennung ausgebildet sein kann, sind in einer Weiterbildung der Erfindung mit der Umgebung über Kanäle verbunden. Dadurch ist es möglich, Luft anzusaugen oder in die Umgebung zu entlassen, um einen Druckausgleich zuzulassen, wo dies gewünscht und notwendig ist. Auch diesen Kanälen können Schalldämpfer zugeordnet sein, um das Ansaugen und Ausstoßen von Luft oder einem anderen Druckmedium in die pneumatische Dämpfereinrichtung oder aus der pneumatischen Dämpfereinrichtung mit einer möglichst geringen akustischen Belastung zu verbinden.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an der Kolbenstange ein zweiter Kolben gelagert ist, der in einem zweiten Zylinder geführt ist und eine zweite Flexionskammer und eine zweite Extensionskammer in dem zweiten Zylinder ausbildet. Die zweite Flexionskammer ist von der Extensionskammer durch das Sperrelement oder die Pneumatiktrennung getrennt, wobei die Strömungskanäle zwischen der zweiten Flexionskammer und der ersten Extensionskammer angeordnet sind. Die Strömungskanäle sind bevorzugt innerhalb des Sperrelementes oder der Pneumatiktrennung angeordnet, wodurch es möglich ist, dass Luft, die in der Flexionskammer während der Flexionsbewegung komprimiert wurde, bei einer Bewegungsumkehr durch das Schaltventil in die Extensionskammer und von der Extensionskammer in die zweite Flexionskammer geleitet werden kann. Dies kann einmal durch die Drossel oder das einstellbare Ventil innerhalb des Sperrelementes oder der Pneumatiktrennung geschehen und darüber hinaus durch ein nachgeschaltetes Rückschlagventil, das einen Strömungsdurchgang in die zweite Flexionskammer ermöglicht. Hier kann ein Zuführkanal zum Zuführen von Umgebungsluft zugeordnet und angeschlossen sein, um eine ausreichende Luftmenge bei der Extensionsbewegung zum Einströmen in die zweite Flexionskammer bereitzustellen.
-
Zwischen der ersten Flexionskammer und der zweiten Flexionskammer kann ein Überströmkanal ausgebildet sein, beispielsweise innerhalb der Kolbenstange, sodass bei einer Extensionsbewegung Luft aus der Umgebung oder der Extensionskammer hineinströmen kann. Ebenfalls ist es möglich, dass im Falle einer Flexionsbewegung Luft aus der ersten Flexionskammer in die zweite Flexionskammer strömen kann, die dann von dem zweiten Kolben durch ein Flexionsventil schallgedämpft in die Umgebung oder in die Extensionskammer hineingedrückt wird. Die Ventile innerhalb der Strömungskanäle sind bevorzugt einstellbar, um eine Anpassung des Strömungsverhaltens hinsichtlich Extension und Flexion an den jeweiligen Patienten oder den jeweiligen Einsatzzweck zu ermöglichen.
-
Ist das Sperrelement oder die Pneumatiktrennung zwischen einer zweiten Flexionskammer und der Extensionskammer angeordnet, fungiert dasjenige Ventil, das innerhalb des Strömungskanals die Strömung von der Extensionskammer in die zweite Flexionskammer und/oder die Umgebung beeinflusst, als Extensionsventil, dem ein nachgeschaltetes Rückschlagventil zugeordnet sein kann. Ebenfalls kann ein Ansauganschluss mit Schalldämpfer zur Bereitstellung von Umgebungsluft mit dem Strömungskanal gekoppelt sein. Der Anschluss liegt in Strömungsrichtung hinter dem Extensionsventil. Das Ventil, das die Strömung von der Umgebung und der zweiten Flexionskammer in die Extensionskammer steuert, ist das Flexionsventil, dem im strömungstechnischer Richtung ein Rückschlagventil nachgeschaltet ist. Ein Auslasskanal mit Schalldämpfer kann dem Flexionsventil nachgeschaltet und dem Rückschlagventil vorgeschaltet sein.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zylinder oder die Zylinder sich in Richtung von der jeweiligen Flexionskammer zu der Extensionskammer konisch erweiternd ausgebildet sind. Dadurch wird in Richtung des oberen Totpunktes des Kolbens eine Reduzierung der Vorspannung des Kolbenringes, der als Führung zwischen dem Kolben und dem Zylinder an dem Kolben angeordnet ist, erreicht. Eine Verringerung der Vorspannung in der Nähe des oberen Totpunktes verbessert das Rücklaufverhalten des Kolbens in die Extension, da die Momentenwirkung der Kolbenkraft nicht durch eine zusätzliche Vorspannung vergrößert wird. Darüber hinaus hat sich überraschend gezeigt, dass sich das Verschleißverhalten eines Kolbenringes bei einer sich konisch erweiternden Zylinderwandung positiv beeinflussen lässt.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - eine schematische Darstellung eines Prothesenkniegelenkes mit einer pneumatischen Dämpfereinrichtung;
- 2 - eine schematische Darstellung der Dämpfereinrichtung bei einer Flexionsbewegung;
- 3 - eine schematische Darstellung der Dämpfereinrichtung bei einer Extensionsbewegung;
- 4a und 4b - schematische Schnittdarstellungen durch einen Kolben; sowie
- 5 - eine Variante der Dämpfereinrichtung der 2.
-
1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung in Anwendung für die pneumatische Dämpfereinrichtung in einem Prothesenkniegelenk mit einem Oberteil 1, das um eine Schwenkachse 3 über einen hinteren Lenker 2a und eine weitere Schwenkachse 3a gelenkig an ein Unterteil 2 gekoppelt ist. Die mehrgliedrige Gelenkkette wird geschlossen durch einen vorderen Lenker 1a. Innerhalb des Unterteils 2 ist die pneumatische Dämpfereinrichtung angeordnet, die über einen Umlenkhebel 4, der an dem Oberteil 1 befestigt ist, aktuierbar ist. Der Umlenkhebel 4 wirkt bei einer Flexion oder Extension über einen oberen, zweiten Kolben 22 auf eine Kolbenstange 25, die mit einem unteren, ersten Kolben 20 verbunden ist. Der untere Kolben 20 ist in einem unteren, ersten Zylinder 10 längsverschieblich angeordnet, der obere Kolben 22 ist in einem oberen, zweiten Zylinder 12 längsverschieblich angeordnet. Beide Kolben 20, 22 werden bei einer Flexion in ihren jeweiligen Zylindern 10, 12 nach unten bewegt. Beide Kolben 20, 22 unterteilen ihre jeweiligen Zylinder 10, 12 in eine Flexionskammer 30, 32 und eine Extensionskammer 40, 42. In der dargestellten extendierten Stellung des Prothesenkniegelenkes befindet sich der untere, erste Kolben 20 in einer maximal extendierten Stellung mit einem minimalen Volumen der ersten Extensionskammer 40 und einem maximalen Volumen der ersten Flexionskammer 30. Gleiches gilt korrespondierend für den zweiten Kolben 22 mit der zweiten Flexionskammer 32 und der zweiten Extensionskammer 42.
-
Innerhalb des ersten, unteren Zylinders 10 ist eine Druckfeder 5 angeordnet, um den ersten Kolben 20 nach Erreichen einer maximalen Flexion zurück in eine Extensionsstellung zu bewegen oder eine Extensionsbewegung zu erleichtern.
-
Zwischen den beiden Zylindern 10, 12 ist als Pneumatiktrennung ein Sperrelement 50 als Teil des Gehäuses in dem Unterteil 2 ausgebildet, in dem die Zylinder 10, 12 angeordnet sind. Das Sperrelement 50 kann auch als separates Element ausgebildet und zwischen den beiden Zylindern 10, 12 angeordnet und eingesetzt sein. Innerhalb des Sperrelementes 50 ist eine Durchgangsbohrung ausgebildet, die abgedichtet ist, sodass die Kolbenstange 25 durch das Sperrelement 50 gleitend hindurch gehen kann, ohne dass eine strömungstechnische Verbindung durch die Durchführung der Kolbenstange 25 an deren Außenseite erfolgt. Innerhalb des Sperrelementes 50 sind Strömungskanäle ausgebildet, von denen in der 1 nur ein Strömungskanal 72 dargestellt ist. Darüber hinaus ist in diesen Strömungskanälen jeweils eine Drossel oder ein Ventil 61, 62 angeordnet, um den Fluidstrom in die Extensionskammer 40 und aus der Extensionskammer 40 zu beeinflussen. Die Ventile 61, 62 sind bevorzugt einstellbar, um den Strömungswiderstand und damit das Dämpfungsverhalten der Dämpfereinrichtung beeinflussen zu können.
-
Innerhalb des unteren, ersten Kolbens 20 ist ein Schaltventil 80 angeordnet, das über ein Schaltelement 85, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein reibungsgesteuertes Schaltelement mit einer gleitenden Anlage an der Zylinderwand ausgebildet ist, aktuierbar ist. Durch das Schaltventil 80 wird eine strömungstechnische Verbindung 90 innerhalb des ersten, unteren Kolbens 20 geöffnet oder geschlossen, sodass bei einem geöffneten Schaltventil 80 zwischen der Extensionskammer 40 und der Flexionskammer 30 ein Fluiddurchtritt möglich ist.
-
Innerhalb des Sperrelementes 50 sind weiterhin Kanäle angeordnet, die in die Umgebung führen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur ein Kanal 74 gezeigt, der über einen Schalldämpfer 76 komprimierte Luft aus der Dämpfereinrichtung in die Atmosphäre leitet. Weiterhin ist innerhalb der Kolbenstange 25 ein Überströmkanal 33 von der ersten Flexionskammer 30 zu der zweiten Flexionskammer 32 und umgekehrt ausgebildet. Der Überströmkanal 33 ist als Kolbenstangenbohrung ausgeführt und ermöglicht einen Fluidaustausch zwischen den beiden Flexionskammern 30, 32.
-
Von der zweiten, oberen Extensionskammer 42 kann ein Strömungskanal in die Atmosphäre führen. Die Dämpfereinrichtung funktioniert, wie später anhand 5 erläutert, grundsätzlich auch ohne den zweiten Zylinder 12, ist jedoch mit dem zweiten Zylinder 12 und dem zweiten Kolben 22 wirksamer.
-
In den 2 und 3 ist das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Die orthopädietechnischen Komponenten wie Oberteil, Unterteil, vorderer Lenker, hinterer Lenker und Umlenkstange 4 sind nicht aufgeführt. Das Oberteil 1 kann auch direkt mit der Kolbenstange 25 verbunden sein, alternative Ausgestaltungen sind ebenfalls möglich. 2 zeigt die Dämpfereinrichtung während einer Flexionsbewegung, also wenn das künstliche Gelenk eingebeugt wird und die Kolbenstange 25 nach unten bewegt wird, wie dies durch den oberen Pfeil angedeutet ist. Die 3 zeigt die umgekehrte Bewegung, nämlich eine Extensionsbewegung, bei der die Kolbenstange 25 aus dem oder den Zylindern 10, 12 ausfährt. In der 2 ist der grundsätzliche Aufbau mit allen Kanälen deutlicher gezeigt als in der 1. Innerhalb des Sperrelementes 50 sind Strömungskanäle 71, 72 ausgebildet oder angeordnet, die in die Extensionskammer 40 und aus der Extensionskammer 40 hinausführen. Der Strömungskanal 71 ermöglicht ein Ausströmen von Pneumatikfluid aus der Extensionskammer 40 durch ein Extensionsventil 61 in die Umgebung oder, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Rückschlagventil 77 in die zweite Flexionskammer 32. Der Strömungskanal 72 als Einlasskanal ermöglicht ein Einströmen von Pneumatikfluid aus der Umgebung oder der zweiten Flexionskammer 32 durch das Flexionsventil 62 und ein Rückschlagventil 78 in die untere oder erste Extensionskammer 40. Die beiden Rückschlagventile 77, 78 sind dem jeweiligen einstellbaren Extensions- oder Flexionsventil 61, 62 in Strömungsrichtung nachgeschaltet. Das dem Extensionsventil 61 nachgeschaltete Rückschlagventil 77 sperrt eine Strömungsbewegung von der zweiten Flexionskammer 32, während das zweite Rückschlagventil 78 eine Rückströmung aus der Extensionskammer 40 in die zweite Flexionskammer 32 sperrt. Kanäle 73, 74 ermöglichen ein Einströmen und Ausströmen von Umgebungsluft jeweils durch zugeordnete Schalldämpfer 75, 76.
-
Der innerhalb der Kolbenstange 25 ausgebildete Überströmkanal 33 geht durch den ersten Kolben 20 hindurch und verbindet die untere, erste Flexionskammer 30 mit der zweiten, oberen Flexionskammer 32. Innerhalb des ersten Kolbens 20 ist eine strömungstechnische Verbindung 90 in Gestalt eines Strömungskanals ausgebildet, an dessen Ende ein Schalldämpfer 96 angeordnet ist, der bei einem Luftdurchtritt oder einem Durchtritt des pneumatischen Mediums eine Schalldämpfung bewirkt. Der strömungstechnischen Verbindung 90 ist ein Schaltventil 80 zugeordnet, das über ein Schaltelement 88 zumindest geöffnet wird. Grundsätzlich ist auch ein mechanisches Schließen durch das Schaltelement 88, das bevorzugt als ein Reibungselement ausgebildet ist, möglich. Durch das Schalt- oder Reibungselement 88 erfolgt eine Kopplung des Schaltzustandes des Schaltventils 80 an die Bewegungsrichtung, sodass eine druckunabhängige, bewegungsrichtungsgesteuerte Betätigung des Schaltventils 80 erreicht wird, insbesondere zum Öffnen der strömungstechnischen Verbindung 90. Das Schaltelement 88 ist so ausgestaltet, dass bei einer Flexionsbewegung, wenn das Fluid innerhalb der unteren, ersten Flexionskammer 30 komprimiert wird, geschlossen bleibt. Dies kann beispielsweise durch eine mechanische Kopplung des Schaltelementes 88 mit der Wand des Zylinders 10 erfolgen. Innerhalb der strömungstechnischen Verbindung 90 kann ein nicht dargestelltes Rückschlagventil angeordnet sein, das bei einer Extensionsbewegung einen Druckaufbau innerhalb der Extensionskammer 40 ermöglicht. Über das federbelastete Rückschlagventil, das in seiner Vorspannung bevorzugt einstellbar ist, ist es möglich, das Überströmverhalten von der Flexionskammer 30 in die Extensionskammer 40 zu beeinflussen und insbesondere ein Rückströmen bei einer schnellen Extensionsbewegung und einem schnellen Druckaufbau innerhalb der Extensionskammer 40 zu vermeiden.
-
Der zweite Zylinder 12 ist durch einen einfachen Pneumatikkolben 22 in die zweite Flexionskammer 32 und die zweite Extensionskammer 42 unterteilt. Die zweite Extensionskammer 42 ist durch eine Öffnung, gegebenenfalls über einen Schalldämpfer, mit der Atmosphäre in strömungstechnischer Verbindung. Beide Kolben 20, 22 sind an ihrem Umfang gegenüber der jeweiligen Zylinderwand abgedichtet, ebenso ist die Kolbenstange 25 an ihrem Außenumfang gegenüber dem Sperrelement 50 abgedichtet.
-
Wird im Rahmen einer Flexion die Kolbenstange 25, wie in der 2 dargestellt, nach unten bewegt, strömt in die obere Extensionskammer 42 Umgebungsluft ein.
-
Aus der zweiten, oberen Flexionskammer 32 strömt durch den Kolben 22 komprimierte Luft durch den Strömungskanal 72 durch das Sperrelement 50 in die Extensionskammer 40. Dabei durchströmt die komprimierte Luft das Flexionsventil 62 sowie das Rückschlagventil 78, das druckgesteuert ist und keinen oder keinen wesentlichen Strömungswiderstand bereitstellt. Über das Flexionsventil 62 wird der Strömungswiderstand innerhalb des Strömungskanals 72 eingestellt. Über einen Kanal 74 kann komprimierte Luft durch den Schalldämpfer 76 in die Atmosphäre entweichen. Gleichzeitig mit dem oberen, zweiten Kolben 22 wird der untere Kolben 20 nach unten gedrückt, wodurch die Luft innerhalb der Flexionskammer 30 komprimiert wird. Durch die Überströmöffnung 33 strömt die komprimierte Luft in die obere Flexionskammer 32 und von dort durch den Strömungskanal 72 entweder durch den Kanal 74 in die Atmosphäre oder in die Extensionskammer 40. Die in den beiden Flexionskammer 30, 32 komprimierte Luft wird durch das Flexionsventil 62 hindurch geleitet. Der zweite Strömungskanal 71 mit dem Extensionsventil 61 ist durch das entsprechend orientierte Rückschlagventil 77 geschlossen. Da sowohl das Extensionsventil 61 als auch das Flexionsventil 62 als Einwegeventile ausgebildet sind, kann durch den Kanal 73 und den Schalldämpfer 75 keine Umgebungsluft durch das Extensionsventil 61 in die Extensionskammer 40 einströmen.
-
Während der Flexionsbewegung vergrößert sich das Volumen der Extensionskammer 40 in dem unteren Zylinder 10. Ein Druckausgleich kann nur das das Flexionsventil 62 erfolgen, da innerhalb der Flexionskammern 30, 32 ein Überdruck gegenüber der Atmosphäre herrscht. Überschüssiges Druckfluid entweicht durch den Kanal 74. Ein Durchströmen durch den unteren Kolben 20 durch die strömungstechnische Verbindung 90 wird durch das Schaltventil 80 verhindert, zum Schließen des Schaltventils 80 kann dieses über das Schalt- bzw. Reibungselement 88 geschlossen werden.
-
Nach Beendigung der Flexionsbewegung erfolgt eine Bewegungsumkehr, die in der 3 gezeigt ist. Während der Extensionsbewegung wird zwangsweise durch das Schaltelement 88 das Schaltventil 80 geöffnet. Das unter Druck stehende Pneumatikfluid innerhalb der Flexionskammer 30 strömt durch das Schaltventil 80 und die strömungstechnische Verbindung 90 sowie den Schalldämpfer 96 in die Extensionskammer und befüllt diese mit unter Druck stehendem Druckfluid, sodass eine grö-ßere Luftmasse innerhalb der Extensionskammer 40 vorhanden ist, verglichen mit einer Ausführung ohne strömungstechnische Verbindung 90. Das Rückschlagventil 78 in dem flexionsseitigen Strömungskanal 72 ist geschlossen und verhindert eine Rückströmung, sodass das pneumatische Fluid aus der Extensionskammer 40 ausschließlich durch das Extensionsventil 61 in die zweite, obere Flexionskammer 32 einströmen kann. Zusätzlich strömt Luft aus der Atmosphäre durch den Schalldämpfer 75 durch das sich öffnende, druckgesteuerte Rückschlagventil 77 in die zweite Flexionskammer 32. Gleichzeitig strömt das pneumatische Fluid, insbesondere Luft, bei entsprechenden Druckverhältnissen von der oberen Flexionskammer 32 durch den Überströmkanal 33 in Gestalt der Kolbenstangenbohrung und der Kolbenbohrung im Kolben 20 in die untere Flexionskammer 30. Das Schaltventil 80 wird zwangsweise solange aufgehalten, wie die Extensionsbewegung anhält. Ein federbelastetes, druckgesteuertes Rückschlagventil ist in strömungstechnischer Verbindung dem Schaltventil 80 nachgeordnet und kann die strömungstechnische Verbindung 90 schließen, wenn ein Druckaufbau innerhalb der Extensionskammer 40 gewünscht wird.
-
4 zeigt den Aufbau des Kolbens 20 in einer Längsschnittdarstellung in einer linken Darstellung und in einer Querschnittdarstellung in der rechten Darstellung. Das Schaltelement 88 ist in einer Nut innerhalb des Kolbens 20 verschieblich gelagert und reibt mit seiner Außenseite an dem nicht dargestellten Zylinder. Wird der Kolben 20 in Flexionsrichtung, im dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten, bewegt, legt sich das Schaltelement 88 an die obere Wand der Nut an, in der ein Ventil 80 in einem Strömungskanal 90 angeordnet oder ausgebildet ist. Dies ist in der rechten Darstellung gezeigt. Wenn das Schaltelement 88 an der oberen Nutwand anliegt, ist die strömungstechnische Verbindung 90 durch das Schaltventil 80 geschlossen, findet eine Extensionsbewegung statt, wird durch die Reibung des Schaltelementes 88 an der Zylinderwand dieses von der oberen Nutwand abgerückt und das Schaltventil 80 geöffnet, um die strömungstechnische Verbindung 90 freizugeben.
-
Innerhalb des Kolbens 20 ist innerhalb der strömungstechnischen Verbindung 90 dem Schaltventil 80 strömungstechnisch nachgeschaltet das Rückschlagventil 95 ausgebildet, durch das Luft zu Beginn der Extensionsbewegung hindurchströmt, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Am Ende der strömungstechnischen Verbindung 90 sind Schalldämpfer 96 angeordnet, um die akustische Belastung während der Betätigung der pneumatischen Dämpfereinrichtung zu reduzieren.
-
In der 5 ist eine Variante der Dämpfereinrichtung gemäß 2 bei einer Flexionsbewegung dargestellt. In Abweichung zu der Ausführungsform gemäß 2 ist in der 5 keine zweite Flexionskammer vorhanden, stattdessen sind nur zwei Kammern vorhanden, nämlich eine, die erste, Flexionskammer 30 und die Extensionskammer 40, die durch den Pneumatikkolben 20 voneinander getrennt sind. In dem Kolben 2 ist, wie im Zusammenhang mit den 2 und 4 erläutert, ein Rückschlagventil 95 angeordnet, das in Strömungsrichtung hinter dem Schaltventil 80 in der strömungstechnischen Verbindung 90 zwischen der Flexionskammer 30 und der Extensionskammer 40 angeordnet ist. Darüber hinaus ist anstatt einer strömungstechnischen Verbindung zwischen der Flexionskammer 30 und dem Einlass bzw. Auslass zu der Extensionskammer 40 durch die Kolbenstange 25 der Überströmkanal 33 beispielsweise in der Gehäusewandung oder als externer Kanal ausgebildet. Die Ventile 61, 62 sind wie die Rückschlagventile 77, 78 in dem Sperrelement 50 angeordnet, das beispielsweise als Teil eines Gehäuses und als Pneumatiktrennung dient. Das Sperrelement 50 kann entweder einstückig ausgebildet oder an dem Gehäuse befestigt sein, in dem der Zylinder 10 angeordnet oder ausgebildet ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
