DE3603467C2 - Hydraulikvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulik­ vorrichtung, die einen eine Hydraulikflüssigkeit ent­ haltenden Zylinder mit einer inneren, den Zylinder in einen ersten und einen zweiten Zylinderteil unter­ teilenden Querwand und eine Kolbenstange besitzt, die sich in den ersten Zylinderteil durch dessen Stirn­ wand hinein und weiter in den zweiten Zylinderteil durch die Querwand erstreckt und einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben trägt, die im ersten bzw. zweiten Zylinderteil angebracht und diesen gegenüber mittels eines Abdichtglieds abgedichtet sind sowie das Innere des diesbezüglichen Zylinderteils in eine erste Kammer zwischen dem Kolben und der Querwand und in eine zweite Kammer zwischen dem Kolben und der Stirnwand des diesbezüglichen Zylinderteils unter­ teilen, wobei die beiden ersten Kammern miteinander über eine erste, ein Drosselglied enthaltende Ver­ bindungsleitung verbunden sind, während die beiden zweiten Kammern miteinander über eine zweite Verbin­ dungsleitung verbunden sind, und welche Hydraulikvor­ richtung mit der Kolbenstange an einem ersten Teil, beispielsweise dem Oberschenkelteil einer Beinprothese, und mit dem Zylinder an einem diesem ersten Teil gegen­ über beweglichen, zweiten Teil, beispielsweise dem Unterschenkelteil dieser Beinprothese, befestigt wird, um die Relativbewegungen der beiden Teile zu dämpfen.

Eine bekannte Hydraulikvorrichtung dieser Art ist aus der GB-PS 720 152 bekannt und wird bei Beinprothesen zur Steuerung der Kniegelenkfunktionen benutzt. Sie werden dabei zur Steuerung der Standphase, d. h. derjenigen Phase eines Schritts, in der sich der Fuß mit der Unterlage in Berührung befindet, und der Schwungphase benutzt, d. h. derjenigen Phase eines Schritts, in der sich der Fuß nicht mit der Unterlage in Berührung befindet, sondern entweder rückwärts (Beugung des Kniegelenks) oder vorwärts (Streckung des Kniegelenks) bewegt wird. Eine zur Steuerung der Kniegelenkfunktionen einer Beinprothese benutzte Hydraulikvorrichtung hat außer den oben genannten Komponenten oft spezielle Mechanismen und Ventileinrichtungen, durch welche die Vorrichtung eine derartigen Verwendung speziell angepaßt werden. Ein solches Beispiel ist ein Ventil, das in gewissen Bewegungsphasen der Beinprothese die Verbindung zwischen den beiden ersten Kammern völlig sperrt, um hierdurch die Kolbenstange und somit den Oberschenkelteil und den Unterschenkelteil im Verhältnis zueinander zu verriegeln.

Falls die Abdichtglieder zwischen dem Kolben und der Zylinderwand verschlissen oder aus einem anderen Grund nicht völlig dicht sind, entsteht in den beiden ersten Kammern entweder eine Drucksteigerung, wodurch die Dämpfung der Hydraulikvorrichtung verhältnismäßig steif wird, oder eine Druckminderung mit darauf fol­ gender Kavitation, wodurch die Dämpfung in denjenigen Fällen, wo sie steif sein soll und die beiden Teile im Verhältnis zueinander verriegeln soll, nicht die erwünschte Elastizität aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikvorrichtung zu schaffen, die für Beinprothesen besonders geeignet ist und bei der der obengenannte Nachteil beseitigt worden ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Hydraulikvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche erfindungs­ gemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest das Abdichtglied des einen Kolbens in einer solchen Weise einfachwirkend ist, daß es das Eindringen von Hydraulikflüssigkeit aus der diesbezüglichen zweiten Kammer in die diesbezügliche erste Kammer bewirkt, wenn die Kolbenstange von der Querwand weg geführt wird, während es bei der Bewegung der Kolbenstange in der entgegensetzten Richtung eine vollständige Dichtung bewirkt, und daß zwischen den ersten Kammern und der einen zweiten Kammer eine Verbindung vorgesehen ist, die von einem Überdruckventilglied geöffnet wird, wenn der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den genannten ersten Kammern einen vorbestimm­ ten Wert überschreitet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das einfachwirkende Abdichtglied eine U-Manschette, deren offener Teil der Querwand zugekehrt ist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Hydraulik­ vorrichtung im Längsschnitt, und

Fig. 2 eine alternative Kolben-Abdichteinrichtung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Hydraulik­ vorrichtung besitzt einen Zylinder 1, welcher Hydrau­ likflüssigkeit enthält. Der Zylinder 1 ist mittels einer inneren Querwand 2 in einen ersten Zylinderteil 3 und einen zweiten Zylinderteil 4 unterteilt. Die Stirnwand 5 des ersten Zylinderteils 3 besteht aus einem in das eine Ende des Zylinders 1 eingeschraubten Deckel. Durch die Stirnwand 5 erstreckt sich eine Kolbenstange 6 in den ersten Zylinderteil 3 und durch die innere Querwand 2 weiter in den zweiten Zylinderteil 4 hinein. Die Kolbenstange 6 trägt einen ersten Kolben 7 im ersten Zylinderteil 3 und einen zweiten Kolben 8 im zweiten Zylinderteil 4. Die Kolbenstange 6 ist mittels einer Dichtung 9 gegen die Stirnwand 5 und mittels einer Dichtung 10 gegen die innere Querwand 2 abgedichtet. Der erste Kolben 7 ist mittels eines Abdichtglieds 11 geben die Innenwand des ersten Zy­ linderteils 3 abgedichtet, und der zweite Kolben 8 ist mittels eines Abdichtglieds 12 gegen die Innen­ wand des zweiten Zylinderteils 4 abgedichtet.

Die Hydraulikvorrichtung ist insbesondere zur Steuerung der Kniegelenkfunktionen einer Beinprothese bestimmt, wobei die Kolbenstange 6 am Oberschenkel­ teil und der Zylinder 1 mit dem zweiten Zylinderteil 4 am Unterschenkelteil der Beinprothese befestigt wird.

Der erste Kolben 7 unterteilt das Innere des ersten Zylinderteils 3 in eine erste Kammer 13 zwischen dem Kolben 7 und der inneren Querwand 2 und eine zweite Kammer 14 zwischen dem Kolben 7 und der Stirnwand 5. Der zweite Kolben 8 unterteilt in derselben Weise das Innere des zweiten Zylinderteils 4 in eine erste Kammer 15 zwischen dem Kolben 8 und der inneren Querwand 2 und eine zweite Kammer 16 zwischen dem Kolben 8 und der Stirnwand 17 des zweiten Zylinderteils 4.

Die völlig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten ersten Kammern 13 und 15 stehen miteinander über eine erste Verbindungsleitung 18 in Verbindung, die ein Drosselglied 19 enthält, während die Hydraulikflüssig­ keit enthaltenden zweiten Kammern 14 und 16 miteinander über eine zweiten Verbindungsleitung 20 in Verbindung stehen. Der Zylinder 1 ist mit keiner äußeren Hydraulik­ flüssigkeitsquelle verbunden und hat somit zwei geschlos­ sene Hydraulikflüssigkeitssysteme, ein erstes System, das die Kammern 13, 15 und die Verbindungsleitung 18 umfaßt, und ein zweites System, das die Kammern 14, 16 und die Verbindungsleitung 20 umfaßt.

Wenn die Kolbenstange 6 aus dem Zylinder 1 aus­ gezogen wird, nimmt das Volumen der ersten Kammer 15 des zweiten Zylinderteils 4 ab, während das Volumen der ersten Kammer 13 des ersten Zylinderteils 3 im selben Ausmaß größer wird. Dabei wird Hydraulik­ flüssigkeit in der Kammer 15 über die Verbindungs­ leitung 18 in die Kammer 13 hinübergedrückt, wobei das Drosselglied 19 die Hydraulikflüssigkeitsströmung drosselt und somit eine Dämpfung der Bewegung der Kolbenstange 6 herbeiführt. Beim Einführen der Kolben­ stange 6 in den Zylinder 1 wird die Hydraulikflüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung gedrückt.

Wenn die Hydraulikvorrichtung bei einer Beinprothese benutzt wird, kann man - um das Ausrichten der Prothese leichter zu machen als deren Beugung - in die Verbindungsleitung 18 parallel zum Drosselglied 19 ein Rückschlagventil einschalten, welches derart angeordnet ist, daß die Hydraulikflüssigkeitsströmung in Richtung von der Kammer 15 zur Kammer 13, jedoch nicht in der entgegengesetzten Richtung, gedrosselt wird. Außerdem kann man in einer der ersten Kammern 13 und 15 eine von außen her steuerbare Ventilein­ richtung anbringen, durch die die Kolbenstange 6 ver­ riegelt und somit eine gegenseitige Verriegelung der Ober- und Unterschenkelteile der Prothese bewirkt werden kann.

Wenn die Kolbenstange 6 in den Zylinder 1 ein­ geführt bzw. aus ihm ausgezogen wird, wird die Hydrau­ likflüssigkeit über die Verbindungsleitung 20 zwischen den beiden zweiten Kammern 14 und 16 gedrückt. Diese Kammern sind nicht völlig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, da sich ihre Volumen bei den Bewegungen der Kolbenstange 6 zum Unterschied von den Volumen in den beiden ersten Kammern 13 und 15 nicht im selben Ausmaß ändern (dies ist darauf zurückzuführen, daß die Kolbenstange 6 einen Teil des Raums in der zweiten Kammer 14 des ersten Zylinderteils 3 aufnimmt), weshalb ein niedrigerer Füllungsgrad erforderlich ist, um die Bewegung der Kolbenstange 6 zu ermöglichen. Das Hydraulik­ flüssigkeitssystem 14, 16, 20 wird dazu benutzt, um die Innenwände des Zylinders 1 auch von der Außenseite des diesbezüglichen Kolbens 7, 8, d. h. der der diesbe­ züglichen Stirnwand 5, 17 am nächsten liegenden Seite, schmieren zu können.

Das Abdichtglied 11 ist eine am Kolben 7 befestigte U-Manschette, deren offener Teil der inneren Stirnwand 2 zugekehrt ist und die somit in einer solchen Weise einfachwirkend ist, daß sie ein geringes Ausdringen von Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer 14 in die Kammer 13 gestattet, wenn die Kolbenstange 6 aus dem Zylinder 1 ausgezogen wird, während sie beim Einführen der Kolbenstange 6 in den Zylinder 1 eine vollstän­ dige Abdichtung gewährleistet. Beim Ausziehen der Kolbenstange 6 aus dem Zylinder 1 wird also die U-Manschette dafür sorgen, daß eine der Innenwand des Zylinderteils 3 anhaftende Hydraulikflüssigkeitsschicht in die Kammer 13 eingebracht wird. In dieser Weise bewirkt die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 6 eine Pumpenwirkung, die eine Drucksteigerung in den ersten Kammern 13 und 15 bewerkstelligt und dadurch sicherstellt, daß eine Druckminderung mit darauf folgender Kavitation nicht entsteht. Damit der Druck in den ersten Kammern 13 und 15 nicht zu hoch wird und eine allzu träge Dämpfung herbeiführt, besitzt die Hydraulikvorrichtung eine dritte Verbindungsleitung 21, die sich zwischen der ersten Kammer 15 des zweiten Zylinderteils 4 und der zweiten Kammer 14 des ersten Zylinderteils 3 erstreckt, sowie ein in dieser Leitung 21 vorgesehenes Überdruckventil 22, das die Verbin­ dungsleitung 21 öffnet, wenn der Druck in den beiden ersten Kammern 13 und 15 einen vorbestimmten Wert erreicht.

Das Abdichtglied 12 besteht aus zwei am Kolben 8 befestigten, entgegengesetzt gerichteten U-Manschetten und gewährleistet somit eine vollständige Abdichtung bei der Bewegung der Kolbenstange 6 in beiden Richtungen.

Der zweite Zylinderteil 4 besitzt einen radialen Vorsprung 23 mit einem durchgehenden Zentrumkanal 24, der einen oberen Teil besitzt, welcher über einen sich konisch verjüngenden Teil in einen unteren Teil geringeren Durchmessers übergeht. Der Zentrumkanal 24 ist ein Teil der Verbindungsleitung 21 zwischen den Kammern 14 und 15, und sein sich konisch verjüngen­ der Teil sowie sein unterer Teil bilden gleichzeitig auch einen Teil der Verbindungsleitung 18 zwischen den beiden ersten Kammern 13 und 15. Der Zentrumkanal 24 ist an seinem Außenende mittels eines in seinen oberen Teil eingeschraubten Deckels 25 verschlossen. Eine an seinem oberen Teil mit einem Gewinde versehene Stellschraube 26 ist in ein Gewinde-Zentrumloch des Deckels 25 eingeschraubt und erstreckt sich mit seinem konischen, das obengenannte Drosselglied 19 darstellenden Ende in den sich verjüngenden Teil des Zentrumkanals 24 hinab. Die Drosselwirkung der Vorrichtung ist also mittels der Stellschraube 26 verstellbar.

Ein rund um die Stellschraube 26 angeordneter, ringförmiger Kolben 26 befindet sich auf einem solchen Niveau im Zentrumkanal 24, daß die Verbindung zwischen den Kammern 14 und 15 unterbrochen ist. Der Kolben 27 besitzt auf jeder Seite eine O-Ringdichtung 28, 29. Außerhalb des äußeren O-Rings 28 ist ein Teller 30 angeordnet, und zwischen diesem Teller und dem Deckel 25 befindet sich eine Feder 31, die den Druck in den ersten Kammern 13 und 15 ausgleicht und den Kolben 27 auf dem genannten Niveau hält. Wenn der Druck in den ersten Kammern 13 und 15 den obengenannten, vorbestimmten Wert erreicht, ist die Feder 31 so zu­ sammengedrückt worden, daß sich der Kolben 27 und die O-Ringdichtung 29 auf einem solchen Niveau be­ finden, daß die Verbindung zwischen den Kammern 14 und 15 offen ist. Der Kolben 27, die O-Ringdichtungen 28 und 29, der Teller 30 sowie die Feder 31 bilden somit das obengenannte Überdruckventil 22.

In der in Fig. 2 gezeigten, alternativen Kolben- Abdichteinrichtung hat der Kolben 7 an jedem Ende einen ringförmigen Flansch 7′ und 7′′. Die U-Manschette, welche hier längs des Kolbens 7 verschiebbar ist, stützt sich an ihrem offenen Teil gegen den Flansch 7′ ab, gegen den sie von einer Feder 32 gedrückt wird, beispielsweise einer Tellerfeder, die zwischen der U-Manschette und dem Flansch 7′′ eingespannt ist. Bei zunehmendem Druck in den beiden ersten Kammern 13 und 15 wird die U-Manschette bei gleichzeitigem Zu­ sammendrücken der Feder 32 nach rechts in Fig. 2 bewegt, wobei ein in der Mantelfläche des Kolbens 7 ausgebildeter, im wesentlichen axial gerichteter Kanal 33 freigelegt wird und zwischen der ersten Kammer 13 und der zweiten Kammer 14 eine Verbindung herstellt. Dabei erhält man in den beiden ersten Kammern 13 und 15 eine Druck­ minderung, welche so lange fortschreitet, bis die Feder 32 imstande ist, die U-Manschette in die Ausgangs­ lage zurückzudrücken, in der der Kanal 33 nicht frei­ gelegt ist. Die Feder 32 und der Kanal 33 haben also die gleiche Funktion wie das Überdruckventil 22 und die Verbindungsleitung 21 und können diese ersetzen.

Sowohl in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 kann die äußere Verbindungsleitung 20 durch eine innere Verbindungs­ leitung ersetzt werden, die aus einer axialen Bohrung besteht, welche sich von der freien Stirnfläche des Kolbens 8 durch die Kolbenstange 6 erstreckt, um über eine radiale Bohrung in dieser in die zweite Kammer 14 zu münden. In diesem Falle kann der im wesentlichen axiale Kanal 33 der Ausführungsform gemäß Fig. 2 durch eine radiale Bohrung ersetzt werden, die sich von der Mantelfläche des Kolbens 7 in die genannte axiale Bohrung hineinerstreckt.

Claims (2)

1. Hydraulikvorrichtung, die einen eine Hydraulik­ flüssigkeit enthaltenden Zylinder (1) mit einer inneren, den Zylinder in einen ersten und einen zweiten Zylinder­ teil (3 bzw. 4) unterteilenden Querwand (2) und eine Kolbenstange (6) besitzt, die sich in den ersten Zylin­ derteil durch dessen Stirnwand (5) hinein und weiter in den zweiten Zylinderteil durch die Querwand erstreckt und einen ersten Kolben (7) und einen zweiten Kolben (8) trägt, die im ersten bzw. zweiten Zylinderteil angebracht und diesen gegenüber mittels eines Abdicht­ glieds (11 bzw. 12) abgedichtet sind sowie das Innere des diesbezüglichen Zylinderteils in eine erste Kammer (13 bzw. 15) zwischen dem Kolben und der Querwand und in eine zweite Kammer (14 bzw. 16) zwischen dem Kolben und der Stirnwand (5 bzw. 17) des diesbezüglichen Zylinderteils unterteilen, wobei die beiden ersten Kammern miteinander über eine erste, ein Drosselglied (19) enthaltende Verbindungsleitung (18) verbunden sind, während die beiden zweiten Kammern miteinander über eine zweite Verbindungsleitung (20) verbunden sind, und welche Hydraulikvorrichtung mit der Kol­ benstange an einem ersten Teil, beispielsweise dem Oberschenkelteil einer Beinprothese, und mit dem Zy­ linder an einem diesem ersten Teil gegenüber beweg­ lichen, zweiten Teil, beispielsweise dem Unterschenkel­ teil dieser Beinprothese, befestigt wird, um die Rela­ tivbewegungen der beiden Teile zu dämpfen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Ab­ dichtglied (11) des einen Kolbens (7) in einer solchen Weise einfachwirkend ist, daß es das Eindringen von Hydraulikflüssigkeit aus der diesbezüglichen zweiten Kammer (14) in die diesbezügliche erste Kammer (13) bewirkt, wenn die Kolbenstange (6) von der Querwand (2) weggeführt wird, während es bei der Bewegung der Kolbenstange (6) in der entgegensetzten Richtung eine vollständige Dichtung bewirkt, und daß zwischen den ersten Kammern (15; 13) und der einen zweiten Kammer (14) eine Verbindung (21; 33) vorgesehen ist, die von einem Überdruckventilglied (22; 11, 32) ge­ öffnet wird, wenn der Druck der Hydraulikflüssigkeit in dem genannten ersten Kammern einen vorbestimm­ ten Wert überschreitet.

2. Hydraulikvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einfachwirkende Dichtglied (11) eine U-Manschette ist, deren offener Teil der Querwand (2) zugekehrt ist.