DE102022128868A1

DE102022128868A1 - Impact device for haptic simulation of hammering work steps

Info

Publication number: DE102022128868A1
Application number: DE102022128868.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Knopp; Georg Matschewsky; Mario Lorenz; Siddharth Murali
Original assignee: Technische Univ Chemnitz Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Technische Universitaet Chemnitz Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Technische Univ Chemnitz Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Technische Universitaet Chemnitz Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2022-11-01
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einschlagapparat zur haptischen Simulation von hämmernden Arbeitsschritten, welcher einen Stößel aufweist, dessen erstes Stößelende mit einer Schlagfläche verbunden ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Einschlagapparat zur Verfügung zu stellen, mit dem chirurgische Eingriffe haptisch realistischer simuliert und anwendungsnah untersucht werden können. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Einschlagapparat zur haptischen Simulation von hämmernden Arbeitsschritten, welcher einen Stößel aufweist, dessen erstes Stößelende mit einer Schlagfläche verbunden ist, gelöst, wobei der Einschlagapparat ein linear bewegliches Bremselement mit einem Stößelaufnahmebereich, in dem ein zweites Stößelende des Stößels fest klemmbar oder geklemmt ist, und eine Bremselementführung aufweist, wobei an dem Bremselement eine Bremse angeordnet ist, mit der die geführte Bewegung des Bremselementes mechanisch bremsbar ist.The present invention relates to an impact device for the haptic simulation of hammering work steps, which has a ram, the first ram end of which is connected to a striking surface. The object of the present invention is to provide an impact device with which surgical interventions can be simulated in a more realistic haptic manner and examined in a way that is close to application. The object is achieved according to the invention by an impact device for the haptic simulation of hammering work steps, which has a ram, the first ram end of which is connected to a striking surface, wherein the impact device has a linearly movable braking element with a ram receiving area in which a second ram end of the ram can be firmly clamped or is clamped, and a braking element guide, wherein a brake is arranged on the braking element, with which the guided movement of the braking element can be mechanically braked.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einschlagapparat zur haptischen Simulation von hämmernden Arbeitsschritten, welcher einen Stößel aufweist, dessen erstes Stößelende mit einer Schlagfläche verbunden ist.The present invention relates to an impact device for the haptic simulation of hammering work steps, which has a ram whose first ram end is connected to an impact surface.

Bei der Ausbildung und Fortbildung von Medizinern, insbesondere von Chirurgen, oder bei der Entwicklung neuer chirurgischer Verfahren werden unterschiedliche Apparate und Techniken eingesetzt, mit denen sich besonders kritische Operationsschritte simulieren und untersuchen lassen.In the training and further education of physicians, especially surgeons, or in the development of new surgical procedures, different devices and techniques are used to simulate and examine particularly critical surgical steps.

Beispielsweise lassen sich chirurgische Eingriffe mit sogenannten Virtual-Reality-Brillen (VR-Brillen) visuell sehr realistisch simulieren. Dem Träger wird über die VR-Brille eine anatomische Darstellung des zu behandelnden Objektes präsentiert, die er mit virtuellen Werkzeugen, z. B. einem virtuellen Skalpell, bearbeiten kann. Die virtuelle Interaktion zwischen dem Werkzeug und dem Behandlungsobjekt werden in Echtzeit simuliert und in der anatomischen Darstellung entsprechend abgebildet.For example, surgical interventions can be simulated very realistically using so-called virtual reality glasses (VR glasses). The wearer is presented with an anatomical representation of the object to be treated via the VR glasses, which he can then work on using virtual tools, such as a virtual scalpel. The virtual interaction between the tool and the object to be treated is simulated in real time and shown accordingly in the anatomical representation.

Die Bewegung und Handhabung der virtuellen Werkzeuge erfolgt beispielsweise über eine Computer-Maus oder über Controller, die der realen Werkzeugvorlage ergonomisch nachempfunden sind.The movement and handling of the virtual tools is carried out, for example, via a computer mouse or via controllers that are ergonomically modeled on the real tool template.

Neben der visuellen Simulation von chirurgischen Eingriffen lassen sich bestimmte Operationsschritte an speziell dafür ausgerichteten Apparaten auch haptisch simulieren. Beispielsweise lassen sich der Einsatz und die Entfernung von Implantaten, wie z. B. künstlichen Hüftgelenken, an Einschlagapparaten trainieren und untersuchen. Einschlagapparate zur haptischen Simulation chirurgischer Eingriffe können auch mit visuellen Simulationen kombiniert sein.In addition to the visual simulation of surgical interventions, certain surgical steps can also be simulated haptically using specially designed devices. For example, the insertion and removal of implants, such as artificial hip joints, can be trained and examined using impaction devices. Impaction devices for the haptic simulation of surgical interventions can also be combined with visual simulations.

Aus der Druckschrift WO 2019/100148 A1 ist ein Einschlagapparat zur Verwendung in der virtuellen Chirurgie bekannt. Der Einschlagapparat weist eine Basisplatte und einen daran angeordneten Stößel auf. Ein freies Ende des Stößels weist einen Griffabschnitt und eine Schlagfläche auf, auf die mit einem Operationshammer geschlagen werden kann. Ein zweites Ende des Stößels ist über ein Kugelgelenk mit der Basisplatte verbunden. Der Stößel kann gegenüber der Basisplatte frei verschwenkt und um seine eigene Achse rotiert werden, wobei die Orientierung des Stößels relativ zur Basis über verschiedene Sensoren registriert wird. Über wenigstens einen weiteren Sensor wird eine Aufprallkraft auf die Schlagfläche des Stößels gemessen.From the publication WO 2019/100148 A1 An impact device for use in virtual surgery is known. The impact device has a base plate and a ram arranged on it. A free end of the ram has a handle section and a striking surface that can be struck with a surgical hammer. A second end of the ram is connected to the base plate via a ball joint. The ram can be freely pivoted relative to the base plate and rotated about its own axis, with the orientation of the ram relative to the base being registered by various sensors. An impact force on the striking surface of the ram is measured by at least one further sensor.

Mit dem zuvor beschriebenen Apparat lassen sich Schläge aus unterschiedlichen Richtungen auf die Schlagfläche des Stößels simulieren, indem der Stößel gegenüber der Basisplatte verschwenkt wird. Allerdings entspricht das mechanische Verhalten des Stö-ßels in Reaktion auf darauf ausgeübte Schläge nur unzureichend dem realen Verhalten eines Implantates, auf das während einer Operation eingeschlagen wird.The apparatus described above can be used to simulate impacts from different directions on the impact surface of the ram by pivoting the ram relative to the base plate. However, the mechanical behavior of the ram in response to impacts exerted on it does not adequately correspond to the real behavior of an implant that is struck during an operation.

Davon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einschlagapparat zur Verfügung zu stellen, mit dem chirurgische Eingriffe haptisch realistischer simuliert und anwendungsnah untersucht werden können.Based on this, it is therefore the object of the present invention to provide an impaction device with which surgical interventions can be simulated in a more haptically realistic manner and examined in a more application-oriented manner.

Die Aufgabe wird durch einen Einschlagapparat zur haptischen Simulation von hämmernden Arbeitsschritten, welcher einen Stößel aufweist, dessen erstes Stößelende mit einer Schlagfläche verbunden ist, gelöst, wobei der Einschlagapparat ein linear bewegliches Bremselement mit einem Stößelaufnahmebereich, in dem ein zweites Stößelende des Stößels fest klemmbar oder geklemmt ist, und eine Bremselementführung aufweist, wobei an dem Bremselement eine Bremse angeordnet ist, mit der die geführte Bewegung des Bremselementes mechanisch bremsbar ist.The object is achieved by an impact device for the haptic simulation of hammering work steps, which has a ram, the first ram end of which is connected to an impact surface, wherein the impact device has a linearly movable braking element with a ram receiving area, in which a second ram end of the ram can be firmly clamped or is clamped, and a braking element guide, wherein a brake is arranged on the braking element, with which the guided movement of the braking element can be mechanically braked.

Der erfindungsgemäße Einschlagapparat weist einen Stößel auf, dessen erstes Ende mit einer Schlagfläche verbunden ist. Die Schlagfläche ist für die Einwirkung mit einem Hammer ausgelegt. Der Stößel ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet, wobei an dem ersten Ende des Stößels die Schlagfläche angeordnet ist und fest oder lösbar mit dem Stößel verbunden ist. Im Falle einer lösbaren Verbindung lässt sich die Schlagfläche leicht durch eine andere austauschen und so die Form der Schlagfläche an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Die Schlagfläche selbst ist vorzugsweise starr mit dem Stößel verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet.The impact device according to the invention has a ram, the first end of which is connected to a striking surface. The striking surface is designed to be used with a hammer. The ram is preferably cylindrical, with the striking surface being arranged at the first end of the ram and being firmly or detachably connected to the ram. In the case of a detachable connection, the striking surface can easily be replaced by another one and the shape of the striking surface can thus be adapted to the respective application. The striking surface itself is preferably rigidly connected to the ram or formed as one piece with it.

Erfindungsgemäß weist der Einschlagapparat ein linear bewegliches Bremselement und eine Bremselementführung auf. Das Bremselement wird durch die Bremselementführung in seiner Bewegung geführt. Vorzugsweise ist das Bremselement mit einem nur sehr geringen Widerstand entlang der Bremselementführung verfahrbar. Das Bremselement weist einen Stößelaufnahmebereich auf, in dem das zweite Stößelende des Stößels fest klemmbar oder geklemmt ist. Nachdem das zweite Stößelende in den Stößelaufnahmebereich des Bremselementes geklemmt ist, ist der Stößel nur gemeinsam mit dem Bremselement entlang der Bremselementführung verfahrbar.According to the invention, the impact device has a linearly movable brake element and a brake element guide. The brake element is guided in its movement by the brake element guide. The brake element can preferably be moved along the brake element guide with only very little resistance. The brake element has a plunger receiving area in which the second plunger end of the plunger can be or is clamped firmly. After the second plunger end is clamped in the plunger receiving area of the brake element, the plunger can only be moved along the brake element guide together with the brake element.

An dem Bremselement ist eine Bremse angeordnet, mit der die geführte Bewegung des Bremselementes mechanisch bremsbar ist. Nach Einbringung des Stößels in den Stößelaufnahmebereich lässt sich durch die an dem Bremselement angreifende Bremse die lineare Verschiebung des Stößels abbremsen und/oder lässt sich der geführten Bewegung des Stößels ein definierter Bremswiderstand entgegensetzen.A brake is arranged on the braking element, with which the guided movement of the braking element can be mechanically braked. After the plunger has been introduced into the plunger receiving area, the brake acting on the braking element can slow down the linear displacement of the plunger and/or a defined braking resistance can be applied to the guided movement of the plunger.

Mit dem erfindungsgemäßen Einschlagapparat lassen sich somit hämmernde Arbeitsschritte an einem Stößel für variable Bremswiderstände durchführen und somit beispielsweise das Ein- und Ausschlagen von Gelenkprothesen haptisch sehr realistisch simulieren.With the impact device according to the invention, hammering work steps can be carried out on a ram for variable braking resistances and thus, for example, the impacting and removal of joint prostheses can be simulated in a very realistic haptic manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates weist dieser eine Stößelführung auf, durch die der Stößel hindurchgeführt ist. Hierfür ist das zweite Stößelende in eine der Schlagfläche zugewandte Eintrittsseite der Stößelführung des Einschlagapparates einführbar und aus einer dem Bremselement zugewandten Austrittsseite der Stößelführung herausführbar. Durch die Stößelführung wird der Stößel in seiner Bewegung geführt. Die Stößelführung ist beispielsweise als eine stationäre Hülse ausgebildet, die an einem Umfang des eingeführten Stößels anliegt.In a preferred embodiment of the impact device according to the invention, it has a ram guide through which the ram is guided. For this purpose, the second ram end can be introduced into an entry side of the ram guide of the impact device facing the impact surface and can be guided out of an exit side of the ram guide facing the braking element. The ram is guided in its movement by the ram guide. The ram guide is designed, for example, as a stationary sleeve that rests against a circumference of the inserted ram.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Stößelende außen konisch ausgebildet und in dem Stößelaufnahmebereich des Bremselementes ist ein Innenkonus zur wenigstens teilweisen Aufnahme des zweiten Stößelendes ausgebildet. Vorzugsweise sind der Innenkonus und der dazu passende Außenkonus jeweils als zueinander passende Morsekegel ausgebildet. Durch das konische Ineinandergreifen lässt sich das zweite Stößelende einfach auf den Stößelaufnahmebereich aufsetzen und wieder entfernen. Die Verbindungsart ist zudem sehr beständig und der Stößel wird beim Einführen in den Innenkonus des Stößelaufnahmebereiches automatisch zentriert. Selbst nach intensivem Hämmern und Schlagen lässt sich die Konusverbindung mühelos wieder lösen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the second ram end is conical on the outside and an inner cone is formed in the ram receiving area of the braking element to at least partially receive the second ram end. Preferably, the inner cone and the matching outer cone are each designed as a matching Morse taper. The conical interlocking means that the second ram end can be easily placed on the ram receiving area and removed again. The type of connection is also very durable and the ram is automatically centered when inserted into the inner cone of the ram receiving area. Even after intensive hammering and striking, the cone connection can be easily released again.

Eine vergleichbar anwenderfreundliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates, die ein leichtes Anbringen und Entfernen des Stößels ermöglicht, besteht darin, dass an dem Bremselement wenigstens ein Klemmelement zum Klemmen des Stößels angeordnet ist. Als Klemmelement eignet sich beispielsweise eine der Länge nach geteilte oder geschlitzte Hülse, die um das zweite Stößelende greift und die mittels Flügelmuttern angezogen wird, um das zweite Stößelende festzuklammern. Als Klemmelement ist auch eine starke Federklemme besonders gut geeignet.A comparably user-friendly embodiment of the impact device according to the invention, which enables the tappet to be easily attached and removed, consists in the fact that at least one clamping element for clamping the tappet is arranged on the braking element. A sleeve that is split or slotted lengthwise, for example, is suitable as a clamping element, which grips around the second end of the tappet and is tightened using wing nuts in order to clamp the second end of the tappet. A strong spring clamp is also particularly suitable as a clamping element.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Verbindung des Stößels mit dem Bremselement ergibt sich, wenn das zweite Stößelende mit dem Bremselement elektromagnetisch gekoppelt ist.A further, particularly advantageous connection of the plunger with the braking element results when the second plunger end is electromagnetically coupled to the braking element.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates ist die Bremselementführung eine Schlittenführung. Bei dieser Ausführungsform ist das Bremselement an einem Schlitten befestigt, der entlang einer geraden Schiene gleitet oder rollt. Neben einer definiert eindimensionalen Bewegung des Schlittens zeichnet sich die Schlittenführung durch einen nur sehr geringen Gleitwiderstand aus. Anstatt das Bremselement an einem Schlitten zu befestigen, lässt sich auch das Bremselement selbst derart formen, dass es direkt auf die Schiene gesetzt werden kann.In a particularly advantageous embodiment of the inventive impact device, the brake element guide is a carriage guide. In this embodiment, the brake element is attached to a carriage that slides or rolls along a straight rail. In addition to a defined one-dimensional movement of the carriage, the carriage guide is characterized by very low sliding resistance. Instead of attaching the brake element to a carriage, the brake element itself can also be shaped in such a way that it can be placed directly on the rail.

Es erweist sich als sehr vorteilhaft, wenn an dem Bremselement und/oder dem Stößel wenigstens eine Wegmesseinrichtung angeordnet ist. Damit lässt sich der Weg bestimmen, den das Bremselement und somit auch der Stößel unter dem Einfluss eines oder mehrerer Schläge zurückgelegt haben. Dadurch lässt sich die Schlagtechnik je nach Anwendungsfall und jeweiligem Bremswiderstand trainieren und die dabei jeweils verursachte Bewegung des Stößels objektiv bestimmen.It is very advantageous if at least one distance measuring device is arranged on the braking element and/or the plunger. This makes it possible to determine the distance that the braking element and thus also the plunger have covered under the influence of one or more impacts. This makes it possible to train the impact technique depending on the application and the respective braking resistance and to objectively determine the movement of the plunger caused in each case.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Wegmesseinrichtung ein parallel zu einer Längsausrichtung des Bremselementes beweglicher, linearer Messschieber des Einschlagapparates ist, der mit dem Bremselement mechanisch gekoppelt ist. Auf diese Weise lässt sich die Bestimmung des von dem Stößel zurückgelegten Weges sehr direkt und genau realisieren. Eine rein mechanische Bestimmung des zurückgelegten Weges ist mit Blick auf die hämmernden Arbeitsschritte, die an dem Einschlagapparat durchgeführt werden sollen, zudem sehr widerstandsfähig und weniger störanfällig.In this context, it is particularly advantageous if the distance measuring device is a linear caliper of the impact device that can move parallel to a longitudinal alignment of the braking element and is mechanically coupled to the braking element. In this way, the distance traveled by the ram can be determined very directly and precisely. A purely mechanical determination of the distance traveled is also very robust and less susceptible to failure in view of the hammering work steps that are to be carried out on the impact device.

Um möglichst viele unterschiedliche Arbeitsschritte und chirurgische Eingriffe realistisch nachahmen zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Bremselementführung auf einer Montagebasis des Einschlagapparates angeordnet ist, die auf einer Aufnahme montiert ist, die eine Bewegung der Montagebasis in bis zu 6 Freiheitsgraden zulässt. Als Aufnahme ist ein Kugelgelenk oder eine vergleichbare Anordnung, wie beispielsweise eine kardanische Aufhängung, besonders gut geeignet. Die Montagebasis ist vorzugsweise sehr starr und robust ausgeführt, um eine stabile Basis für die Bremselementführung zu bilden. Die Montagebasis lässt sich in der Aufnahme in verschiedene Richtungen verschwenken und in der Aufnahme verdrehen. In jeder Orientierung sorgt die Montagebasis für eine stabile Halterung der Bremselementführung. Somit lassen sich hämmernde Arbeitsschritte aus unterschiedlichen Richtungen und bei einer beliebigen Orientierung des Stößels ausführen.In order to be able to realistically simulate as many different work steps and surgical interventions as possible, it is particularly advantageous if the brake element guide is arranged on a mounting base of the impactor, which is mounted on a holder that allows the mounting base to move in up to 6 degrees of freedom. A ball joint or a comparable arrangement, such as a cardanic suspension, is particularly suitable as a holder. The mounting base is preferably very rigid and robust in order to form a stable base for the brake element guide. The mounting base can be pivoted in different directions in the holder and rotated in the holder. In every orientation, the mounting base ensures a Stable mounting of the brake element guide. This allows hammering work steps to be carried out from different directions and with any orientation of the ram.

Wenn der Einschlagapparat eine Stößelführung aufweist, ist es im Hinblick auf eine stabile Relation zwischen der Stößelführung und der Bremselementführung von Vorteil, wenn auch diese auf der Montagebasis angeordnet ist.If the impact device has a ram guide, it is advantageous for a stable relationship between the ram guide and the brake element guide if this is also arranged on the mounting base.

Für die Simulation von seitlich oder schräg ausgeführten Hammerschlägen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Aufnahme auf einer Schräge des Einschlagapparates montiert ist, die auf einer Grundplatte des Einschlagapparates montiert ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahme nicht direkt auf einer, beispielsweise ebenen, Grundplatte, sondern auf einer Schräge angeordnet, die vorzugsweise mittig auf der Grundplatte montiert ist. Durch die schräge Anordnung der Aufnahme werden die Kraftstöße beim Hämmern senkrecht in eine Auflagefläche der Aufnahme auf der Schräge hineingeleitet. Damit wird die Aufnahme im Wesentlichen nur senkrecht zu ihrer Unterlage beansprucht und somit weitestgehend von Schubbelastungen quer zur Schräge verschont.To simulate hammer blows that are carried out sideways or at an angle, it is particularly advantageous if the holder is mounted on a slope of the impact device, which is mounted on a base plate of the impact device. In this embodiment of the invention, the holder is not arranged directly on a base plate, for example a flat one, but on a slope that is preferably mounted in the middle of the base plate. Due to the angled arrangement of the holder, the force impulses during hammering are directed vertically into a support surface of the holder on the slope. This means that the holder is essentially only stressed perpendicular to its base and is thus largely protected from shear loads perpendicular to the slope.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein Aufstellwinkel zwischen der Schräge und der Grundplatte manuell veränderbar und/oder steuerbar ist. Damit lässt sich die Schräge unterschiedlich weit neigen und es lassen sich somit über einen weiten Winkelbereich hinweg Schläge senkrecht zu der Schräge des Einschlagapparates auf den Stößel ausführen.In this context, it is advantageous if the angle between the bevel and the base plate can be changed and/or controlled manually. This allows the bevel to be tilted to different degrees and allows blows to be made to the ram perpendicular to the bevel of the impact device over a wide angle range.

Wenn die Aufnahme auf einer Schräge des Einschlagapparates montiert ist, die auf einer Grundplatte des Einschlagapparates montiert ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen der Aufnahme und der Schräge und/oder zwischen der Schräge und der Grundplatte wenigstens ein Dämpfungs- und/oder Federungsmittel angeordnet ist. Damit lassen sich Kraftstöße besonders wirkungsvoll absorbieren. Als Dämpfungsmittel eignet sich beispielsweise eine Schaumstoffmatte aus einem geschäumten Polymer, eine Matte aus Moosgummi oder dergleichen. Stattdessen oder zusätzlich kann auch ein Federmittel verwendet werden. Als solches eignet sich beispielsweise eine auf Zug oder Druck beanspruchte Spiralfeder oder eine Anordnung mehrerer solcher Federn.If the holder is mounted on a slope of the impact device, which is mounted on a base plate of the impact device, it is particularly advantageous if at least one damping and/or spring means is arranged between the holder and the slope and/or between the slope and the base plate. This allows shocks to be absorbed particularly effectively. A foam mat made of a foamed polymer, a mat made of foam rubber or the like, for example, is suitable as a damping means. Instead of or in addition to this, a spring means can also be used. A spiral spring subjected to tension or compression, for example, or an arrangement of several such springs is suitable as such.

Für die Ausführungsformen des Einschlagapparates, in denen dieser die zuvor beschriebene Aufnahme aufweist, ist es von Vorteil, wenn an der Aufnahme ein Drehwinkelsensor angebracht ist. Mit dem Drehwinkelsensor lässt sich die Verdrehung der Montagebasis bestimmen, wodurch eine umfassendere Untersuchung der an dem erfindungsgemä-ßen Einschlagapparat ausgeführten Arbeitsschritte ermöglicht wird.For the embodiments of the impact device in which it has the previously described holder, it is advantageous if a rotation angle sensor is attached to the holder. The rotation angle sensor can be used to determine the rotation of the mounting base, which enables a more comprehensive examination of the work steps carried out on the impact device according to the invention.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates weist dieser in Richtung eines Kraftflusses einer auf die Schlagfläche ausgeübten Kraft durch den Einschlagapparat wenigstens einen Kraftsensor auf. Der Kraftsensor misst jene Komponente der beim Schlagen auf den Stößel ausgeübten Kraft, die in Bewegungsrichtung des Bremselementes gerichtet ist. Mit dem Kraftsensor lässt sich die Schlagtechnik trainieren und dabei die in Bewegungsrichtung des Bremselementes applizierte Kraft objektiv erfassen.In another very advantageous embodiment of the impact device according to the invention, it has at least one force sensor in the direction of a force flow through the impact device of a force exerted on the impact surface. The force sensor measures that component of the force exerted on the ram when striking that is directed in the direction of movement of the braking element. The force sensor can be used to train the striking technique and objectively record the force applied in the direction of movement of the braking element.

Der Kraftsensor lässt sich besonders geschickt in den Einschlagapparat integrieren, wenn das Bremselement in seiner Längsausrichtung ein erstes und ein damit verbundenes zweites Bremselementteil aufweist, zwischen welchen der wenigstens eine Kraftsensor angeordnet ist.The force sensor can be particularly cleverly integrated into the impact device if the braking element has, in its longitudinal orientation, a first and a second braking element part connected thereto, between which the at least one force sensor is arranged.

Noch umfangreichere Untersuchungen zu hämmernden Arbeitsschritten lassen sich bei einer eine Stößelführung aufweisenden Ausführungsform der Erfindung anstellen, wenn der Stößel an seinem Umfang, in Längsausrichtung des Stößels wenigstens eine linienförmige Markierung aufweist und an einem dem Stößel zugewandten Einführungsende der Stößelführung ein mit der wenigstens einen Markierung zusammenwirkender Torsionsdetektor angeordnet ist. Mit dem Torsionsdetektor lässt sich eine Verdrehung des Stößels relativ zur Stößelführung bestimmen.Even more extensive investigations into hammering work steps can be carried out in an embodiment of the invention having a ram guide, if the ram has at least one linear marking on its circumference, in the longitudinal direction of the ram, and a torsion detector that interacts with the at least one marking is arranged on an insertion end of the ram guide facing the ram. The torsion detector can be used to determine a rotation of the ram relative to the ram guide.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates ist dann, wenn dieser eine Stößelführung aufweist, in der Stößelführung eine innen hohle Laufbuchse eingebracht, in die der Stößel einführbar ist. Die Laufbuchse bildet ein leichtgängiges Gleitlager für den Stößel. Vorzugsweise ist die Laufbuchse als ein geschlitzter Hohlzylinder ausgebildet, der in eine ringförmig oder zylinderförmig ausgebildete Stößelführung eingesetzt wird. Die Laufbuchse ist vorzugsweise aus PTFE ausgebildet.In a particularly advantageous embodiment of the impact device according to the invention, if it has a ram guide, an internally hollow bushing is introduced into the ram guide, into which the ram can be inserted. The bushing forms a smooth sliding bearing for the ram. The bushing is preferably designed as a slotted hollow cylinder that is inserted into a ring-shaped or cylindrical ram guide. The bushing is preferably made of PTFE.

In einer favorisierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates weist die Bremse entweder einen motorbetriebenen Bowdenzug oder Bremszylinder auf oder ist die Bremse eine hydraulische oder pneumatische Bremse oder weist die Bremse jeweils mit einem Motor verbundene Bremsklammern oder Bremsbacken auf. Die zuvor aufgezählten Ausführungsformen für die Bremse des erfindungsgemäßen Einschlagapparates zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich sehr vorteilhaft graduell verstellen lassen, wodurch die von der jeweiligen Bremse auf das Bremselement ausgeübte Bremskraft sehr sensibel angepasst werden kann. Zugleich ist die Reaktion der motorgesteuerten Bremsen sehr schnell, wodurch die an dem Bremselement angreifende Bremskraft schnell geändert werden kann. Mit Hilfe von motorgetätigten Bremsen lässt sich sehr einfach auch eine ortsabhängige Bremskraft programmieren. Beispielsweise kann die Bremskraft erhöht werden, je weiter das Bremselement durch Hämmern bereits verfahren wurde.In a preferred embodiment of the inventive wrapping device, the brake has either a motor-driven Bowden cable or brake cylinder, or the brake is a hydraulic or pneumatic brake, or the brake has brake clamps or brake shoes connected to a motor. The previously listed embodiments for the brake of the inventive wrapping device are characterized by the fact that they can be adjusted gradually, which makes it very advantageous to The braking force exerted by the respective brake on the braking element can be adjusted very sensitively. At the same time, the reaction of the motor-controlled brakes is very fast, which means that the braking force acting on the braking element can be changed quickly. With the help of motor-operated brakes, a location-dependent braking force can also be programmed very easily. For example, the braking force can be increased the further the braking element has already been moved by hammering.

Bei Verwendung einer mittels Bowdenzug getätigten Bremse ist es vorteilhaft, wenn der Bowdenzug positionsverstellbar über eine Hebelanordnung geführt ist.When using a brake operated by a Bowden cable, it is advantageous if the position of the Bowden cable is adjustable via a lever arrangement.

In diesem Zusammenhang ist es besonders geschickt, wenn die Hebelanordnung einen motorbetriebenen Hebel aufweist, der über ein Drehgelenk mit einem steifen Winkel verbunden ist, wobei der Bowdenzug über den Hebel und den Winkel geführt ist.In this context, it is particularly useful if the lever arrangement comprises a motor-driven lever which is connected to a rigid angle via a swivel joint, with the Bowden cable being guided over the lever and the angle.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates weist der Stößel in seiner Längsausrichtung zwei Stößelteile auf, die um eine Stößellängsachse drehbar miteinander verbunden sind. Eines der Stößelteile weist das zweite Stößelende auf und wird durch die Stößelführung geführt und in die Stößelaufnahme des Bremselementes eingeführt. Das andere Stößelteil ist mit der Schlagfläche verbunden und kann gegenüber dem anderen Stößelteil leicht verdreht werden. Ein derart zweigeteilter Stößel erlaubt es, dass die Schlagfläche leichtgängig um die Stößellängsachse herum rotiert werden kann.In another particularly advantageous embodiment of the impact device according to the invention, the ram has two ram parts in its longitudinal alignment, which are connected to one another so that they can rotate about a ram longitudinal axis. One of the ram parts has the second ram end and is guided through the ram guide and inserted into the ram receptacle of the braking element. The other ram part is connected to the impact surface and can be easily rotated relative to the other ram part. A ram divided into two in this way allows the impact surface to be rotated easily about the ram longitudinal axis.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Bremselement einen Bremsscheibenbereiche für die Bremse aufweisenden blockförmigen Bereich aufweist. Der blockförmige Bereich weist Bremsscheibenbereiche auf, an denen die Bremse mechanisch angreifen kann, um eine entsprechende Bremskraft auf das Bremselement ausüben zu können. Beispielsweise können die Bremsscheibenbereiche in einer Bewegungsrichtung des Bremselementes jeweils beidseitig eines blockförmigen Bereiches des Bremselementes ausgebildet sein. Damit kann beispielsweise von links und rechts jeweils eine Bremsbacke auf den blockförmigen Bereich einwirken.It proves to be particularly advantageous if the brake element has a block-shaped area with brake disc areas for the brake. The block-shaped area has brake disc areas on which the brake can mechanically engage in order to be able to exert a corresponding braking force on the brake element. For example, the brake disc areas can be formed on both sides of a block-shaped area of the brake element in a direction of movement of the brake element. This means that, for example, a brake shoe can act on the block-shaped area from the left and right.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates, dessen Aufbau, Funktion und Vorteile werden nachfolgend anhand von 1 bis 10 erläutert, wobei

1 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einschlagapparates in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt;
2 schematisch einen Stößel des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt;
3 schematisch ein Bremselement des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt;
4 schematisch eine Bremselementführung des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt;
5 schematisch eine Bremse des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt;
6 schematisch eine Montagebasis des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt;
7 schematisch eine Laufbuchse des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt;
8 schematisch eine Aufnahme des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt;
9 schematisch eine Schräge des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt; und
10 schematisch eine Wegmesseinrichtung des Einschlagapparates aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht zeigt.

A particularly advantageous embodiment of the inventive impact device, its structure, function and advantages are described below with reference to 1 to 10 explained, whereby

1 schematically shows an embodiment of an impactor according to the invention in a perspective side view;
2 schematically a ram of the impact device 1 in a perspective side view;
3 schematically a braking element of the impact device from 1 in a perspective side view;
4 schematically a brake element guide of the impact device 1 in a perspective side view;
5 schematically a brake of the impact device 1 in a perspective side view;
6 schematically a mounting base of the impact device from 1 in a perspective side view;
7 schematically a bushing of the impact device from 1 in a perspective side view;
8th schematically a picture of the impact device from 1 in a perspective side view;
9 schematically a slope of the impactor from 1 in a perspective side view; and
10 schematically a position measuring device of the impact device from 1 in a perspective side view.

In 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einschlagapparates 1 in einer perspektivischen Seitenansicht gezeigt.In 1 an embodiment of an impactor 1 according to the invention is shown in a perspective side view.

Der dargestellte Einschlagapparat 1 weist einen Stößel 2 auf. Der Stößel 2 ist vorliegend zylinderförmig ausgebildet, er könnte allerdings auch einen anderen, beispielsweise einen ovalen oder eckigen, Querschnitt aufweisen.The illustrated impact device 1 has a ram 2. The ram 2 is cylindrical in shape in the present case, but it could also have a different cross-section, for example an oval or square one.

Wie es in 2 dargestellt ist, weist der Stößel 2 ein erstes Stößelende 21 und ein dem ersten Stößelende 21 gegenüberliegendes zweites Stößelende 22 auf. Das erste Stößelende 21 ist bei dem in 2 gezeigten Stößel 2 über einen Stab 23 mit einer Schlagfläche 3 verbunden. Die Schlagfläche 3 könnte sich genauso gut auch direkt an dem ersten Stößelende 21 befinden. Die Verbindung der Schlagfläche 3 mit dem Stößel 2 über den Stab 23 bietet den Vorteil, dass vorder- und rückseitig auf die Schlagfläche 3 eingewirkt werden kann. Somit lässt sich beispielsweise nicht nur das Einschlagen, sondern auch das Ausschlagen von Implantaten simulieren. Bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Stößel 2 einstückig und starr ausgebildet. In einer nicht dargestellten Ausführungsform weist der Stößel 2 in seiner Längsausrichtung L zwei Stößelteile auf, die um eine Stößellängsachse A drehbar miteinander verbunden sind.As it is in 2 As shown, the plunger 2 has a first plunger end 21 and a second plunger end 22 opposite the first plunger end 21. The first plunger end 21 is in the 2 shown plunger 2 is connected to a striking surface 3 via a rod 23. The striking surface 3 could just as well be located directly at the first plunger end 21. The connection of the striking surface 3 to the plunger 2 via the rod 23 offers the advantage that the striking surface 3 can be acted upon from the front and back. This makes it possible, for example, to simulate not only the impacting but also the knocking out of implants. In the embodiment of the invention shown, the plunger 2 is formed in one piece and is rigid. In an embodiment not shown, the plunger 2 has a longitudinal alignment The device L has two tappet parts which are connected to one another so as to be rotatable about a tappet longitudinal axis A.

Der Einschlagapparat 1 weist in der gezeigten Ausführungsform eine Stößelführung 4 auf, in die sich das zweite Stößelende 22 einführen lässt.In the embodiment shown, the impact device 1 has a ram guide 4 into which the second ram end 22 can be inserted.

Der Einschlagapparat 1 weist ein linear bewegliches Bremselement 5 auf, welches in 3 gesondert dargestellt ist. Das Bremselement 5 weist einen Stößelaufnahmebereich 51 auf, in dem das zweite Stößelende 22 fest geklemmt werden kann. Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei der Klemmverbindung zwischen dem zweiten Stößelende 22 und dem Stößelaufnahmebereich 51 um eine Konusverbindung zwischen zwei Morsekegeln. Dazu ist in dem Stößelaufnahmebereich 51 ein Innenkonus 52 ausgebildet und das zweite Stößelende 22 ist als ein dazu passender Außenkonus ausgebildet. Die Morsekegelverbindung zwischen dem zweiten Stößelende 22 und dem Stößelaufnahmebereich 51 bietet eine hinreichende Klemmverbindung, die optional durch weitere Sicherungsmittel, wie beispielsweise Schrauben und/oder Sicherungsstifte, gesichert werden kann.The impact device 1 has a linearly movable braking element 5, which in 3 is shown separately. The brake element 5 has a plunger receiving area 51 in which the second plunger end 22 can be firmly clamped. In the embodiment shown, the clamping connection between the second plunger end 22 and the plunger receiving area 51 is a conical connection between two Morse tapers. For this purpose, an inner cone 52 is formed in the plunger receiving area 51 and the second plunger end 22 is formed as a matching outer cone. The Morse taper connection between the second plunger end 22 and the plunger receiving area 51 offers a sufficient clamping connection, which can optionally be secured by further securing means, such as screws and/or locking pins.

In einer nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist an dem Bremselement 5 wenigstens ein Klemmelement zum Klemmen des Stößels 2 angeordnet. Als Klemmelement eignet sich beispielsweise eine Federklemme oder eine Platte, die mittels Schrauben angezogen wird, um einen Schaft des Stößels 2 und/oder das zweite Stößelende 22 festzuklammern.In an embodiment of the invention not shown, at least one clamping element for clamping the plunger 2 is arranged on the braking element 5. A spring clamp or a plate that is tightened by means of screws in order to clamp a shaft of the plunger 2 and/or the second plunger end 22 is suitable as a clamping element.

In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird die Klemmverbindung zwischen dem Stößel 2 und dem Bremselement 5 dadurch hergestellt, dass das zweite Stößelende 22 mit dem Bremselement 5 elektromagnetisch gekoppelt wird. Anstatt einer elektromagnetischen Kopplung lässt sich eine Kopplung zwischen dem zweiten Stößelende 22 und dem Stößelaufnahmebereich 51 auch durch zwei Permanentmagnete realisieren.In a further embodiment of the invention (not shown), the clamping connection between the plunger 2 and the braking element 5 is established by electromagnetically coupling the second plunger end 22 to the braking element 5. Instead of an electromagnetic coupling, a coupling between the second plunger end 22 and the plunger receiving area 51 can also be realized by two permanent magnets.

Der Einschlagapparat 1 weist eine Bremselementführung 6 auf, entlang der das Bremselement 5 eine geführte Linearbewegung ausführen kann. Die Bremselementführung 6 ist in 4 gesondert dargestellt.The impact device 1 has a brake element guide 6, along which the brake element 5 can perform a guided linear movement. The brake element guide 6 is in 4 shown separately.

Bei der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates 1 ist die Bremselementführung 6 als eine Schlittenführung ausgebildet. Die Schlittenführung weist eine Schiene 62 und zwei entlang der Schiene 62 verfahrbare Schlitten 61 auf. Die Schlitten 61 können sehr leichtgängig über die Schiene 62 gleiten. Die Schlitten 61 könnten auch auf Rolllagern über die Schiene 62 gleiten, wodurch sie noch leichter verfahrbar sind. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung sind die Schlitten 61 mit einer Unterseite des Bremselementes 5 verschraubt. Selbstverständlich kommt es nicht darauf an, dass das Bremselement 5 auf zwei Schlitten 61 angeordnet ist, ein einziger Schlitten 61 wäre gleichermaßen gut geeignet. Auch ließe sich beispielsweise eine Unterseite des Bremselementes 5 derart ausbilden, dass das Bremselement 5 direkt auf die Schiene 62 gesetzt werden kann.In the embodiment of the inventive impact device 1 shown, the brake element guide 6 is designed as a slide guide. The slide guide has a rail 62 and two slides 61 that can be moved along the rail 62. The slides 61 can slide very easily over the rail 62. The slides 61 could also slide over the rail 62 on roller bearings, making them even easier to move. In the present embodiment of the invention, the slides 61 are screwed to an underside of the brake element 5. Of course, it is not important that the brake element 5 is arranged on two slides 61; a single slide 61 would be equally suitable. For example, an underside of the brake element 5 could also be designed in such a way that the brake element 5 can be placed directly on the rail 62.

Sobald das zweite Stößelende 22 in den Stößelaufnahmebereich 51 des Bremselementes 5 geklemmt ist, lassen sich der Stößel 2 und das Bremselement 5 gemeinsam entlang einer geradlinigen Wegstrecke verfahren.As soon as the second plunger end 22 is clamped into the plunger receiving area 51 of the braking element 5, the plunger 2 and the braking element 5 can be moved together along a straight path.

Wie es in 1 zu sehen ist, weist der erfindungsgemäße Einschlagapparat 1 eine Bremse 7 auf, die an dem Bremselement 5 angeordnet ist.As it is in 1 As can be seen, the impact device 1 according to the invention has a brake 7 which is arranged on the braking element 5.

Bei der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates 1 ist die Bremse 7 ähnlich einer Fahrradbremse ausgebildet. Die Bremse 7 weist einen Bowdenzug 71 auf, der positionsverstellbar über eine Hebelanordnung geführt ist. Wie insbesondere in 5 zu erkennen ist, weist die Hebelanordnung zwei einander gegenüberliegende Hebel 72, 73 auf. Ein erster Hebel 72 der Hebelanordnung ist auf einer ersten Seite des Bremselementes 5 angeordnet und ein zweiter Hebel 73 der Hebelanordnung ist auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Bremselementes 5 angeordnet. An jedem der Hebel 72, 73 ist jeweils eine Bremsbacke 74, 75 angeordnet.In the embodiment of the inventive impact device 1 shown, the brake 7 is designed similarly to a bicycle brake. The brake 7 has a Bowden cable 71, which is guided in a positionally adjustable manner via a lever arrangement. As can be seen in particular in 5 As can be seen, the lever arrangement has two levers 72, 73 lying opposite one another. A first lever 72 of the lever arrangement is arranged on a first side of the brake element 5 and a second lever 73 of the lever arrangement is arranged on a second side of the brake element 5 opposite the first side. A brake shoe 74, 75 is arranged on each of the levers 72, 73.

Der Bowdenzug 71 wird bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung von einem Schrittmotor 13 des Einschlagapparates 1 gezogen, wodurch die Hebel 72, 73 bewegt werden und die daran angeordneten Bremsbacken 74, 75 von zwei gegenüberliegenden Seiten her gegen einen Bremsscheibenbereiche aufweisenden blockförmigen Bereich 53 des Bremselementes 5 gedrückt werden. Durch den Schrittmotor 13 lässt sich die an dem Bremselement 5 angreifende Bremskraft sehr feinfühlig und zugleich schnell variieren.In the embodiment of the invention shown, the Bowden cable 71 is pulled by a stepper motor 13 of the impact device 1, whereby the levers 72, 73 are moved and the brake shoes 74, 75 arranged thereon are pressed from two opposite sides against a block-shaped area 53 of the brake element 5 having brake disk areas. The stepper motor 13 allows the braking force acting on the brake element 5 to be varied very sensitively and at the same time quickly.

In einer nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung weist der Einschlagapparat eine hydraulische oder pneumatische Bremse mit jeweils einem motorgesteuerten Bremszylinder auf.In an embodiment of the invention not shown, the impact device has a hydraulic or pneumatic brake, each with a motor-controlled brake cylinder.

Die gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates 1 weist eine Montagebasis 8 auf, die in 6 gesondert dargestellt ist. An der Montagebasis 8 sind in der gezeigten Ausführungsform die Stößelführung 4 und die Bremselementführung 6 angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Stößelführung 4 fest mit der Montagebasis 8 verbunden, wohingegen die Schiene 62 der Bremselementführung 6 mit der Montagebasis 8 verschraubt ist. Die in 6 gezeigte Montagebasis 8 ist aus einem Aluminiumblock gefräst.The embodiment of the inventive impact device 1 shown has a mounting base 8 which is 6 is shown separately. In the embodiment shown, the tappet guide 4 and the brake element guide 6 are arranged on the mounting base 8. In the embodiment shown, the tappet guide 4 is firmly connected to the mounting base 8, whereas the Rail 62 of the brake element guide 6 is screwed to the mounting base 8. The 6 The mounting base 8 shown is milled from an aluminum block.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist auch die Bremse 7 an der Montagebasis 8 angeordnet, indem Drehgelenke der Hebel 72, 73 über steife Winkel mit der Montagebasis 8 verschraubt sind.In the embodiment shown, the brake 7 is also arranged on the mounting base 8 by screwing the pivot joints of the levers 72, 73 to the mounting base 8 via rigid angles.

Bei der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates 1 weist dieser eine Laufbuchse 12 auf, die in die Stößelführung 4 eingeführt wird. Die Laufbuchse 12 ist in 7 gezeigt. Die Laufbuchse 12 ist hülsenförmig ausgebildet und vorzugsweise aus PTFE gefertigt. Die Laufbuchse 12 verhindert einen Materialabrieb zwischen dem Stößel 2 und der Stößelführung 4. Zugleich verringert die Laufbuchse 12 die Gleitreibung zwischen dem Stößel 2 und der Stößelführung 4, wodurch sich der Stößel 2 leicht bewegen lässt.In the embodiment shown, the impact device 1 according to the invention has a bushing 12 which is inserted into the ram guide 4. The bushing 12 is in 7 shown. The bushing 12 is sleeve-shaped and preferably made of PTFE. The bushing 12 prevents material abrasion between the tappet 2 and the tappet guide 4. At the same time, the bushing 12 reduces the sliding friction between the tappet 2 and the tappet guide 4, which allows the tappet 2 to move easily.

Die in 1 gezeigte Ausführungsform des Einschlagapparates 1 weist eine Aufnahme 9 auf, die in 8 gesondert dargestellt ist. Die Montagebasis 8 ist mit einer der Stößelführung 4 gegenüberliegenden Stirnseite der Montagebasis 8 an eine Aufnahmeplatte 90 der Aufnahme 9 geschraubt. Die Aufnahme 9 weist in der gezeigten Ausführungsform ein Kugelgelenk auf. Über die Aufnahme 9 ist die daran befestigte Montagebasis 8 in alle Richtungen hin verschwenkbar und kann in der jeweiligen Verschwenkposition fixiert werden. Zusätzlich erlaubt die Aufnahme 9 eine Rotation der Montagebasis 8 um eine senkrecht zu der Aufnahmeplatte 90 ausgerichtete Rotationsachse. Durch Rotieren und Verschenken der Montagebasis 8 lässt sich die geführte Bewegung des Stößels 2 beliebig im Raum orientieren, was den Einschlagapparat 1 sehr vielseitig macht.In the 1 The embodiment of the impact device 1 shown has a receptacle 9 which is 8th is shown separately. The mounting base 8 is screwed to a receiving plate 90 of the holder 9 with a front side of the mounting base 8 opposite the tappet guide 4. The holder 9 has a ball joint in the embodiment shown. The mounting base 8 attached to it can be pivoted in all directions via the holder 9 and can be fixed in the respective pivot position. In addition, the holder 9 allows rotation of the mounting base 8 about a rotation axis aligned perpendicular to the receiving plate 90. By rotating and pivoting the mounting base 8, the guided movement of the tappet 2 can be oriented as desired in space, which makes the impact device 1 very versatile.

In einer nicht gezeigten Ausführungsform weist die Aufnahme 9 einen Drehwinkelsensor auf, der die Rotation und/oder das Verschwenken der Montagebasis 8 misst.In an embodiment not shown, the receptacle 9 has a rotation angle sensor which measures the rotation and/or pivoting of the mounting base 8.

Die Aufnahme 9 weist in der gezeigten Ausführungsform ein Dämpfungs- und/oder Federungsmittel 91 auf, welches an einer Unterseite der Aufnahme 9 angeordnet ist. Das Dämpfungs- und/oder Federungsmittel 91 ist vorliegend eine Schaumstoffplatte aus expandiertem Kunststoff. Das Dämpfungs- und/oder Federungsmittel 91 dient zum einen der Schockabsorption, zum anderen simuliert das Dämpfungs- und/oder Federungsmittel 91 das elastische Verhalten eines menschlichen oder tierischen Körpers bei stumpfer Schlageinwirkung.In the embodiment shown, the holder 9 has a damping and/or spring means 91 which is arranged on an underside of the holder 9. The damping and/or spring means 91 is in this case a foam plate made of expanded plastic. The damping and/or spring means 91 serves on the one hand to absorb shock, and on the other hand the damping and/or spring means 91 simulates the elastic behavior of a human or animal body in the event of a blunt impact.

Die gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates 1 weist eine Schräge 10 auf, die auf einer Grundplatte 11 des Einschlagapparates 1 angeordnet ist. Die Schräge 10 des hier gezeigten Einschlagapparates 1 ist in 9 dargestellt. Die gezeigte Schräge 10 ist einstückig und starr ausgebildet. Die Schräge 10 weist einen festen Aufstellwinkel auf. Die Aufnahme 9 ist mit einer Oberseite 101 der Schräge 10 verschraubt, wobei das Dämpfungsmittel 91 der Aufnahme 9 auf der Oberseite 101 der Schräge 10 aufliegt. Durch die Schräge 10 lassen sich seitlich ausgeführte Schläge auf die Schlagfläche 3 einfach und materialschonend in die Grundplatte 11 übertragen. Durch das Schrägstellen der Aufnahme 9 wird dieses nämlich hauptsächlich senkrecht zu der Oberseite 101 der Schräge 10 beansprucht, wodurch weniger Scherkräfte auf die Aufnahme 9 ausgeübt werden, was wiederum das Kugelgelenk der Aufnahme 9 schont.The embodiment of the inventive impact device 1 shown has a slope 10 which is arranged on a base plate 11 of the impact device 1. The slope 10 of the impact device 1 shown here is in 9 shown. The slope 10 shown is one-piece and rigid. The slope 10 has a fixed installation angle. The holder 9 is screwed to an upper side 101 of the slope 10, with the damping means 91 of the holder 9 resting on the upper side 101 of the slope 10. The slope 10 allows lateral blows to the striking surface 3 to be transferred to the base plate 11 in a simple and material-friendly manner. By slanting the holder 9, this is mainly stressed perpendicular to the upper side 101 of the slope 10, whereby fewer shear forces are exerted on the holder 9, which in turn protects the ball joint of the holder 9.

In einer nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Aufstellwinkel der Schräge 10 manuell veränderbar und/oder elektronisch steuerbar.In an embodiment of the invention not shown, the installation angle of the slope 10 can be changed manually and/or controlled electronically.

Die Schräge 10 muss nicht zwangsläufig aus einem starren Material, wie beispielsweise Edelstahl oder Aluminium, ausgebildet sein. Für die realistische Simulation eines menschlichen oder tierischen Körpers und dessen elastischen Verhaltens könnte die Schräge 10 beispielsweise auch aus einem zähelastischen Gummi ausgebildet sein. Genauso wenig ist es erforderlich, dass sich das Dämpfungs- und/oder Federungsmittel 91 auf der Oberseite 101 der Schräge 10 befindet. Es könnte genauso gut oder zusätzlich zwischen der Schräge 10 und der Grundplatte 11 angeordnet sein.The slope 10 does not necessarily have to be made of a rigid material, such as stainless steel or aluminum. For the realistic simulation of a human or animal body and its elastic behavior, the slope 10 could also be made of a tough elastic rubber, for example. It is also not necessary for the damping and/or spring means 91 to be located on the top side 101 of the slope 10. It could just as well or additionally be arranged between the slope 10 and the base plate 11.

Die in 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates 1 weist eine Wegmesseinrichtung 14 auf. Die Wegmesseinrichtung 14 ist in 10 gesondert dargestellt. Die gezeigte Wegmesseinrichtung 14 weist eine parallel zu der Bewegungsrichtung des Bremselementes 5 ausgerichtete Basisleiste 141 und einen entlang der Basisleiste 141 linear verfahrbaren Messschieber 142 auf. Enden der Basisleiste 141 sind mit der Montagebasis 8 verschraubt. Der Messschieber 142 wiederum ist mit dem Bremselement 5 verschraubt und somit mechanisch mit dem Bremselement 5 gekoppelt. Eine Verschiebung des Bremselementes 5 lässt sich entweder direkt von einer Linearskala der Wegmesseinrichtung 14 ablesen und/oder elektronisch aus der Position des Messschiebers 142 auf der Basisleiste 141 ermitteln.In the 1 The embodiment of the inventive impact device 1 shown has a displacement measuring device 14. The displacement measuring device 14 is in 10 shown separately. The position measuring device 14 shown has a base bar 141 aligned parallel to the direction of movement of the braking element 5 and a caliper 142 that can be moved linearly along the base bar 141. Ends of the base bar 141 are screwed to the mounting base 8. The caliper 142 is in turn screwed to the braking element 5 and is thus mechanically coupled to the braking element 5. A displacement of the braking element 5 can either be read directly from a linear scale of the position measuring device 14 and/or determined electronically from the position of the caliper 142 on the base bar 141.

Für weitergehende Untersuchungen lässt sich der erfindungsgemäße Einschlagapparat 1 mit weiteren Messeinrichtungen ausstatten, mit denen sich eine Bewegung des Stö-ßels 2 und/oder eine auf die Schlagfläche 3 applizierte Kraft messen lassen.For further investigations, the impact device 1 according to the invention can be equipped with further measuring devices with which a movement of the ram 2 and/or a force applied to the impact surface 3 can be measured.

So weist der Stößel 2 in einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung an seinem Umfang, in Längsausrichtung des Stößels 2 wenigstens eine linienförmige Markierung auf und an einem dem Stößel 2 zugewandten Einführungsende der Stößelführung 4 ist ein Torsionsdetektor angeordnet, der mit der wenigstens einen Markierung zusammenwirkt.Thus, in a further embodiment of the invention not shown here, the plunger 2 has at least one linear marking on its circumference, in the longitudinal direction of the plunger 2, and a torsion detector is arranged on an insertion end of the plunger guide 4 facing the plunger 2, which torsion detector interacts with the at least one marking.

Um die beim Hämmern auf die Schlagfläche 3 auf den Stößel 2 aufgegebene Kraft zu messen, weist eine weitere hier nicht gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einschlagapparates wenigstens einen Kraftsensor auf, der eine Kraft in Bewegungsrichtung des Stößels 2 misst. Zur vorteilhaften Anordnung des Kraftsensors ist beispielsweise das Bremselement 5 in seiner Längsausrichtung zweigeteilt und weist ein erstes und ein damit verbundenes zweites Bremselementteil auf, zwischen welchen der wenigstens eine Kraftsensor angeordnet ist.In order to measure the force applied to the ram 2 when hammering the striking surface 3, a further embodiment of the impact device according to the invention (not shown here) has at least one force sensor that measures a force in the direction of movement of the ram 2. For the advantageous arrangement of the force sensor, for example, the braking element 5 is divided in two in its longitudinal direction and has a first and a second braking element part connected to it, between which the at least one force sensor is arranged.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2019100148 A1 [0006]

Claims

Impact device (1) for the haptic simulation of hammering work steps, which has a ram (2) whose first ram end (21) is connected to an impact surface (3), characterized in that the impact device (1) has a linearly movable braking element (5) with a ram receiving area (51) in which a second ram end (21) of the ram (2) can be or is clamped firmly, and a braking element guide (6), wherein a brake (7) is arranged on the braking element (5), with which the guided movement of the braking element (5) can be mechanically braked.

Impact device according to Claim 1 , characterized in that the impact device (1) has a plunger guide 4 through which the plunger 2 is guided.

Impact device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the second plunger end (22) is conical on the outside and an inner cone (52) is formed in the plunger receiving area (51) of the braking element (5) for at least partially receiving the second plunger end (22).

Impact device according to Claim 1 or 2 , characterized in that at least one clamping element for clamping the plunger (2) is arranged on the braking element (5).

Impact device according to Claim 1 , characterized in that the second plunger end (22) is electromagnetically coupled to the braking element (5).

Wrapping device according to one of the preceding claims, characterized in that the braking element guide (6) is a slide guide.

Impact device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one displacement measuring device (14) is arranged on the braking element (5) and/or the plunger (2).

Impact device according to Claim 7 , characterized in that the distance measuring device is a linear caliper (142) of the impact device (1) which is movable parallel to a longitudinal alignment of the braking element (5) and is mechanically coupled to the braking element (5).

Impact device according to one of the preceding claims, characterized in that the braking element guide (6) is arranged on a mounting base (8) of the impact device (1), which is mounted on a holder (9) which allows a movement of the mounting base (8) in up to 6 degrees of freedom.

Impact device according to the Claims 2 and 9 , characterized in that the tappet guide (4) is also arranged on the mounting base (8).

Impact device according to Claim 9 or 10 , characterized in that the receptacle (9) is mounted on a slope (10) of the impact device (1), which is mounted on a base plate (11) of the impact device (1).

Impact device according to Claim 11 , characterized in that an installation angle between the slope (10) and the base plate (11) is manually variable and/or controllable.

Impact device according to Claim 11 or 12 , characterized in that at least one damping and/or spring means (91) is arranged between the receptacle (9) and the slope (10) and/or between the slope (10) and the base plate (11).

Impact device according to one of the Claims 9 until 13 , characterized in that a rotation angle sensor is attached to the holder (9).

Impact device according to one of the preceding claims, characterized in that the impact device (1) has at least one force sensor in the direction of a force flow of a force exerted on the impact surface (3) through the impact device (1).

Impact device according to Claim 15 , characterized in that the braking element (5) has in its longitudinal orientation a first and a second braking element part connected thereto, between which the at least one force sensor is arranged.

Impact device according to one of the preceding claims, characterized in that the plunger (2) has at least one linear marking on its circumference, in the longitudinal direction of the plunger (2), and a torsion detector cooperating with the at least one marking is arranged on an insertion end of the plunger guide (4) facing the plunger (2).

Impact device according to Claim 2 or 10 , characterized in that an internally hollow bushing (12) is introduced into the tappet guide (4), into which the tappet (2) can be inserted.

Wrapping device according to one of the preceding claims, characterized in that the brake (7) either has a motor-operated Bowden cable or brake cylinder or the brake (7) is a hydraulic or pneumatic brake or the brake (7) has brake clamps or brake shoes each connected to a motor.

Impact device according to Claim 19 , characterized in that the Bowden cable (71) is guided in a positionally adjustable manner via a lever arrangement.

Impact device according to Claim 20 , characterized in that the lever arrangement comprises a motor-operated lever which is connected to a rigid angle via a swivel joint, wherein the Bowden cable (71) is guided over the lever and the angle.

Impact device according to one of the preceding claims, characterized in that the plunger (2) has two plunger parts in its longitudinal orientation which are connected to one another so as to be rotatable about a plunger longitudinal axis.

Impact device according to one of the preceding claims, characterized in that the braking element (5) has a block-shaped region (53) having brake disc regions for the brake (7).