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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein pneumatisch oder hydraulisch gesteuertes klemmbares Kugelgelenk mit öffenbarem Gehäuse, bestehend aus zwei Gehäuseteilen, wobei das erste Gehäuseteil einen beweglichen Druckzylinder mit beweglicher Kugellagerbremse enthält und das zweite Gehäuseteil als Kugelgelenklagergehäuse mit freier Gelenkkugel und Kugelbolzen ausgebildet ist. Beide verschlussseitigen Teile des Kugelgelenklagergehäuses sind dabei als Schnellverschluss, insbesondere als Bajonettverschluss ausgeprägt.
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Klemmbare Kugelgelenke finden in industriellen Fertigungsbereichen aber auch zum Beispiel in der Medizintechnik als Halte- und Positionierungsvorrichtung Verwendung. Dabei ist am distalen Ende des Kugelbolzens eine Haltevorrichtung, etwa eine Klemme oder ein Halter befestigt, über die ein Objekt in einer bestimmten Stellung gehalten werden kann.
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Verschiedene klemmbare Kugelgelenke sind bekannt: Die Klemmung und damit das Arretieren des Gelenkes kann entweder mechanisch erfolgen, indem eine Druckkraft zwischen einem Gehäuseboden und einer Kugelbremse/Kugelklemme über einen Exzenter ausgeübt wird. Weiter ist bekannt, dass die Klemmung des Gelenks über ein druckbeaufschlagtes Fluid nach Art eines Hydraulik- oder Pneumatikbolzen erfolgen kann. Der Vorteil der Lösung durch Druckbeaufschlagung liegt in der besseren und schnelleren Bedienbarkeit, etwa über einen Fußschalter, mithilfe dessen die Arretierung durch öffnen oder schließen zum Beispiel der Pneumatikleitung vorgenommen werden kann. Ein entscheidender Nachteil der pneumatischen und hydraulischen Klemmung ist jedoch, dass bei einem Druckabfall im Pneumatiksystem die Klemmung gelöst wird und das zu haltende Objekt nicht mehr in Position gehalten wird.
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Für Anwendungsgebiete, in denen besonders verlässliche pneumatische Haltesysteme gefordert werden, haben sich daher Gelenkanordnungen etabliert, die eine Druckbeaufschlagung mit einem Fluid lediglich nutzen, um die Arretierung des Haltesystems zu lösen. Die eigentliche Klemmung der Gelenke erfolgt mechanisch, etwa über eine Feder. Derartige Ausführungen finden sich etwa in der
DE 93 07 482 oder in
DE 195 26 915 B4 . Damit ist gewährleistet, dass im Falle eines Druckabfalls die Haltevorrichtung weiterhin in der Lage ist, das Objekt in der zuletzt eingestellten Position zu halten.
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Die derartige Gestaltung einer Haltevorrichtung wirft in Anwendungsgebieten mit hohen Anforderungen an Hygiene, insbesondere bei chirurgischen Einsätzen, ein Problem auf: Soll das Haltesystem ohne Druckluftanschluss und daher in arretiertem Zustand nach Gebrauch gründlich gereinigt oder desinfiziert werden, so ist dies bei arretierten Gelenken nur bedingt möglich, da nur die äußeren Teile der Gelenke zugänglich sind. Beim Kugelgelenk kann es jedoch im exponierten Bereich, nämlich auf der Kugel, während des Gebrauchs zu Verschmutzungen kommen, die während des Gebrauchs durch Bewegen des Kugelgelenks in entlastetem Zustand in das Gelenk hineingetragen werden und sich dort in der Gelenkschale oder an der Kugelrückseite festsetzen können. Diese Stellen sind bei einem späteren Reinigen in arretiertem Zustand nicht mehr zugänglich. Es besteht die Gefahr, dass sich eingetretene Bakterien oder Krankheitserreger vermehren und bei einem Folgegebrauch wieder durch das Lösen oder Bewegen des Kugelgelenks nach außen treten und Anwender gefährden können. Eine Desinfektion oder Sterilisation ist aber lediglich dann wirksam, wenn Instrumente und Vorrichtungen von Rückständen oder Anhaftungen frei gemacht werden können.
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In der
DE 195 26 915 B4 wird diese Thematik bei einem Haltearm für chirurgische Zwecke dadurch adressiert, dass sich die in einer Druckluftvorratskammer des die Klemmung lösenden Druckzylinders verbleibende Restluft durch die hohe Temperatur während des Reinigungs- und Desinfektionsprozesses ausdehnt. Die Druckluftvorratskammer dient jedoch auch zum Lösen des Haltearms, nachdem dieser von der Druckluftquelle getrennt wurde, etwa zum Zusammenfalten. Wird diese Vorratskammer also schon vor dem Reinigungsprozess durch mehrfaches Betätigen entleert, so können die Gelenke beim Reinigungsprozess nicht mehr in ausreichendem Maße geöffnet und daher eine erfolgreiche Sterilisation nicht mehr gewährleistet werden.
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Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Problematik schwerer Reinigungszugänglichkeit von Kugelgelenken in arretiertem Zustand auszuräumen und damit eine sichere, vollständige Reinigung, Desinfektion und Sterilisation von Kugelgelenken an Haltevorrichtungen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei einem pneumatisch oder hydraulisch gesteuerten klemmbaren Kugelgelenk der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kugelgelenk als ein zu öffnendes Gehäuse mit zwei Gehäuseteilen gestaltet ist, wobei das erste Gehäuseteil einen beweglichen Druckzylinder mit beweglicher Kugellagerbremse enthält und das zweite Gehäuseteil als Kugelschalenlagergehäuse mit freier Gelenkkugel und Kugelbolzen ausgebildet ist und beide verschlussseitigen Teile des Kugelgelenklagergehäuses als Schnellverschluss, insbesondere als Bajonettverschluss, ausgeprägt sind, wobei die Verschlussanordnung über einen zusätzlichen Sicherungsbolzen verfügt. Zusätzlich kann die Gelenkanordnung mit einer Druckfeder ausgestattet sein, die in geschlossenem, aber gelöstem Zustand des Kugellagers eine definierte Bremswirkung auf die Kugellagerbremse und damit auf die Kugellagerkugel ausübt. Dies geschieht in einer Intensität, die beim Lösen der mechanischen Klemmung durch Druckbeaufschlagung weiterhin eine leichte Klemmung auf die Kugel ausübt wodurch ein plötzliches, vollständiges Lösen der Klemmwirkung verhindert, aber gleichzeitig ein manuelles Bewegen des Kugelbolzens durch den Anwender erlaubt wird.
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Die Erfindung wird in Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen näher dargestellt und zwar zeigt:
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1 eine Ansicht der Gelenkanordnung in geschlossenem Zustand
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2 eine Ansicht aller das Gelenk umfassender Teile in geöffnetem Zustand
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3 eine Innenansicht des Kugellagerschalengehäuses
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Die sichtbaren Teile des geschlossenen Kugelgelenks umfassen die beiden verbundenen zylindrischen Gehäuseteile 1, 3 mit Kugel 14 und Kugelbolzen 4 sowie dem Sicherungsbolzen 2 und die für das Öffnen und Schließen des Gelenks unterstützenden Markierungen 7. In dieser Stellung ist das Gelenk einsatzfähig und am Kugelbolzen 4 kann beispielsweise eine Klemme zum Halten von Instrumenten oder anderen Gegenständen angebracht werden. Das Gelenk ist starr wird und erst beweglich durch Druckbeaufschlagung.
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Das Kugelgelenk in geöffnetem Zustand umfasst das Druckzylindergehäuse 1 mit Druckzylinder 9, das Kugellagerschalengehäuse 3 mit Kugellagerschale 12, die Kugellagerbremse 10, die Kugel 14 mit Kugelbolzen 4 sowie den Sicherungsbolzen 2 mit Feder 5.
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Dabei ist der äußere Durchmesser des Druckzylindergehäuses 1 am verschlussseitigen Gehäuseteilende etwas verringert und weist in diesem Zylinderabschnitt ein parallel zur Abschlusskante umlaufendes, an definierten Stellen unterbrochenes Profil 8 auf. In einem dieser Profilabschnitte ist eine Sicherungsbohrung 6 angebracht, die den zylindrischen Sicherungsbolzen 2 mit einer im Zylinderinnern fixierten Feder 5 aufnimmt. Der Sicherungsbolzen 2 kann in dieser Anordnung durch Drücken vertikal zum Druckzylindergehäuseinnern hin bewegt werden. Durch Loslassen bewegt sich der Sicherungsbolzen 2 durch die Feder 5 wieder in die äußere Grundposition.
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Die im Druckzylinder sitzende, mit einigem Abstand unterhalb der verschlussseitigen Druckzylindergehäuseabschlusskante abschließende, zylindrische, bewegliche Druckzylindereinheit 9 mit einem Außendurchmesser der im wesentlichen dem Innendurchmessers des Druckzylindergehäuses 1 entspricht, bildet die Auflagefläche für die zylindrische Kugellagerbremse 10. Der Durchmesser der Kugellagerbremse 10 ist im unteren Teil geringer ausgeführt als im Klemmbereich, wobei der Durchmesser des Klemmbereichs geringer ist als der Innendurchmesser des Druckzylindergehäuses 1. Die Kugellagerbremse 10 weist im Klemmbereich an der Stirnseite eine runde Aussparung auf, deren Radius im wesentlichen dem der Kugellagerkugel 14 entspricht. Der Durchmesser der Kugellagerkugel 14 ist ebenfalls kleiner als der Innendurchmesser des Druckzylindergehäuses 1 ausgeführt. Die Kugellagerkugel 14 weist am distalen Ende einen Kugellagerbolzen 4 auf.
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Das in 3 gezeigte Kugellagerschalengehäuse 3 ist gekennzeichnet durch eine zylindrische Form auf der Verschlussseite, deren Innendurchmesser an dieser Stelle geringfügig größer ausgebildet ist als der verschlussseitige Außendurchmesser des Druckzylindergehäuses 1 samt unterbrochenem, umlaufendem Profil 8. Auf der verschlussseitigen Innenseite des Kugellagerschalengehäuses 3 befindet sich ebenfalls ein parallel zur Abschlusskante umlaufendes, an definierten Stellen unterbrochenes Profil 13, dessen Unterbrechungen der Länge nach etwas größer ausgebildet sind als die Profilerhebungen des umlaufenden Profils 8 auf der Verschlussseite des Zylindergehäuses 1. Weiterhin weist der Mantel des Kugellagerschalengehäuses 3 verschlussseitig eine Durchgangsbohrung 11 mit einem geringfügig größeren Durchmesser als dem des Sicherungsbolzens 2 auf. Am distalen Ende des Kugellagerschalengehäuses 3 verjüngt sich dieses und weist stirnseitig eine Öffnung auf, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Kugel 14 ist. Das Innere des Kugellagerschalengehäuses 3 ist an dieser Stelle ausgebildet als offene Kugellagerschale 12 deren Radius im wesentlichen dem der Kugel 14 entspricht.
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Die beiden Gehäuseteile 1, 3 sind verbunden, wenn sich die Profilerhebungen des einen Gehäuseteils 3 mit den Profilerhebungen des anderen Gehäuseteils 1 im Eingriff befinden, sich also hinter diesen befinden. Weiterhin befindet sich der Sicherungsbolzen 2 in der Sicherungsbohrung 6.
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Die Klemmung des Gelenks erfolgt durch die bekannte Funktionsweise einer Feder-/Druckbeaufschlagungskombination. In der hier vorliegenden Ausführung wird die Klemmung aufgehoben, indem sich die bewegliche Druckzylindereinheit 9 bei Druckbeaufschlagung von der Kugelbremse 10 wegbewegt und damit den Druck einer, in der Zeichnung nicht dargestellten, unterhalb des Druckzylinders 9 liegenden Druckfeder auf die Kugelbremse 10 aufhebt. Die Kugellagerkugel 14 sowie der Kugelbolzen 4 sind nun beweglich. Liegt kein Druck an, so wird der Druckzylinder 9 durch die Druckfeder gegen die Kugellagerbremse 10 gedrückt und bewirkt die Klemmwirkung.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist eine zusätzlich angebrachte Druckfeder zwischen Druckzylinder 9 und Kugellagerbremse 10 mit einem Durchmesser geringer als dem Durchmesser, der von der Kugellagerkugel 14 abgewandten Seite der Kugellagerbremse 10. Diese Druckfeder übt im druckbeaufschlagten, gelösten Zustand des Gelenkes eine definierte Kraft beziehungsweise Bremswirkung auf die Kugellagerbremse 10 aus, die ein plötzliches Wegklappen des Kugellagerbolzens 4 verhindert und das Justieren des Kugellagerbolzens 4 von Hand erlaubt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 9307482 [0004]
- DE 19526915 B4 [0004, 0006]
