EP0742373B1

EP0742373B1 - Pneumatic drive unit

Info

Publication number: EP0742373B1
Application number: EP96107419A
Authority: EP
Inventors: Zsolt Szabo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-09
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 1999-08-18
Anticipated expiration: 2016-05-09
Also published as: DE19516977C2; DE19516977A1; US5676033A; ATE183573T1; EP0742373A1

Abstract

The ram comprises a cylindrical housing (2), in which front and rear pistons (4,6) are joined together by a tube (8). The changeover component (10) between the pistons forms with them variable-volume front and rear chambers (14,16). Two compressed-air inlet ports (18,20) are connected to the chambers, and in a first position the changeover component opens the port to the rear chamber, causing the rear piston to move axially outwards and the front one axially inwards, while in the second movement takes place in the opposite direction. The component is moved into each position by the piston which is moving inwards.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine pneumatische Antriebsvorrichtung.The present invention relates to a pneumatic drive device.

Es sind bereits große und unhandliche pneumatische Antriebsvorrichtungen bekannt, die nur bei Drücken über 5 bar effektiv arbeiten und aufgrund dessen einer guten Isolation der druckführenden Leitungen bedürfen. Derartige pneumatische Antriebsvorrichtungen sind schwer, unhandlich und mechanisch aufwendig.There are already large and bulky pneumatic drive devices known that only work effectively at pressures above 5 bar and because of this good insulation of the pressure-carrying lines is required. Such pneumatic Drive devices are heavy, unwieldy and mechanically complex.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe einer pneumatischen Antriebsvorrichtung, die mechanisch einfach aufgebaut ist und auch bei geringerem Drücken befriedigend arbeitet.The object of the present invention is to provide a pneumatic drive device, which is mechanically simple and even with less Press works satisfactorily.

Erfindungsgemäß ist angegeben eine pneumatische Antriebsvorrichtung mit

einem zylindrischen Gehäuse, in dem ein Kolbenelement axial verschieblich geführt ist, wobei das Kolbenelement endseitig einen vorderen Kolben und einen hinteren Kolben aufweist, die durch ein Verbindungsrohr miteinander verbunden sind,

einem in dem Gehäuse zwischen den Kolben gelagerten Umschaltelement, welches mit dem vorderen Kolben eine veränderliche vordere Kammer und mit dem hinteren Kolben eine veränderliche hintere Kammer definiert und

zwei im Gehäuse gebildeten druckbeaufschlagbaren Einlaßöffnungen, die mit der vorderen bzw. hinteren Kammer verbindbar sind, wobei das Umschaltelement in einer ersten Position die Einlaßöffnung zur hinteren Kammer freigibt, so daß der hintere Kolben gegenüber dem Umschaltelement axial nach außen und der vordere Kolben axial nach innen wandert, und in einer zweiten Position die Einlaßöffnung zur vorderen Kammer frei gibt, so daß der vordere Kolben gegenüber dem Umschaltelement axial nach außen und der hintere Kolben axial nach innen wandert, wobei der jeweils einwärts bewegte Kolben das Umschlagelement zwischen den beiden Positionen umstellt.

According to the invention, a pneumatic drive device is specified with

a cylindrical housing in which a piston element is guided in an axially displaceable manner, the piston element having a front piston and a rear piston at the end, which are connected to one another by a connecting tube,

a switching element mounted in the housing between the pistons, which defines a variable front chamber with the front piston and a variable rear chamber with the rear piston and

two pressurizable inlet openings formed in the housing, which can be connected to the front or rear chamber, the switching element in a first position exposing the inlet opening to the rear chamber, so that the rear piston axially outwards and the front piston axially inwards relative to the switching element migrates, and in a second position releases the inlet opening to the front chamber, so that the front piston moves axially outwards with respect to the switching element and the rear piston moves axially inwards, the piston moved inwards in each case switching the envelope element between the two positions.

Mit der Erfindung wird eine universell einsetzbare pneumatische Antriebsvorrichtung geschaffen, deren Kolben abwechselnd nach außen gerichtete Schläge bzw. Impulse in einer bestimmten Frequenz ausführen. Die Stärke der Schläge läßt sich durch die Dimensionierung des zugeführten Druckes und der Abmessungen der Bauteile einstellen. Die Umstellung der Bewegungsrichtung der miteinander gekoppelten Kolben erfolgt durch ein vom Kolbenelement zwangsgesteuertes Umschaltelement, das wechselseitig die dem Kolben zugeordneten Kammern drucktechnisch öffnet, wobei die rückgeführten Kolben das Umschaltelement umschalten. Die einfache mechanische Ausgestaltung schafft eine pneumatische Antriebsvorrichtung von konstruktiv einfachem Aufbau, deren Teile pneumatisch geführt sind, so daß eine Schmierung entfällt.With the invention is a universally applicable pneumatic drive device created, the pistons alternating outward blows or execute pulses at a certain frequency. The strength of the punches can be determined by the dimensioning of the pressure supplied and the dimensions of the components. The change in the direction of movement pistons coupled to one another are produced by a piston which is positively controlled by the piston element Switching element that mutually assigned the piston Chamber opens in terms of printing technology, with the returned pistons the switching element switch. The simple mechanical design creates one pneumatic drive device of simple construction, the Parts are pneumatically guided so that no lubrication is required.

Die Lagerung auf Luftpolstern minimiert den Energieverlust durch Reibung. Die pneumatische Antriebsvorrichtung kann luftgelagerte Zwillingskolben verwenden, die von dem Umschaltelement zwangsgesteuert werden. Die durch den Druck eingebrachte Energie wird effektiv und kontinuierlich ohne Verlust umgesetzt. Aufgrund der Luftlagerung entstehen geringe Reibungsverluste, so daß ein wesentlich höherer Wirkungsgrad als bei herkömmlichen Antriebsvorrichtung erreicht werden kann. Die erfindungsgemäße pneumatische Antriebsvorrichtung ist universell einsetzbar für alle impulsgesteuerten bzw. schlaggesteuerten Antriebsprobleme. Sie kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden zum Implantieren und Explantieren von Prothesen und Marknägeln bzw. für medizinische Raspeln und Sägen, insbesondere für prothetische Zwecke.Storage on air cushions minimizes energy loss through friction. The pneumatic drive device can air-bearing twin pistons use that are positively controlled by the switching element. The through the Pressure applied energy is effectively and continuously implemented without loss. Due to the air bearing, low friction losses occur, so that a much higher efficiency than with conventional drive devices can be achieved. The pneumatic drive device according to the invention can be used universally for all pulse-controlled or impact-controlled Drive problems. It can be used particularly advantageously for implantation and explanting prostheses and intramedullary nails or for medical purposes Rasps and saws, in particular for prosthetic purposes.

Es ist bevorzugt, daß das Umschaltelement zwei radiale Dichtlippen aufweist, die zum wechselseitigen Verschließen der Einlaßöffnungen dienen. Die radialen Dichtlippen dienen einerseits zur Bildung der vorderen und hinteren Kammer, die zwischen der jeweiligen radialen Dichtlippe und der Kolbeninnenfläche bestehen. Andererseits dienen die radialen Dichtlippen in zweiter Funktion zum Verschliessen der Einlaßöffnungen. Diese Doppelfunktion ist platzsparend und reduziert die insgesamt benötigten Bauteile.It is preferred that the switching element has two radial sealing lips, which serve to mutually close the inlet openings. The radial Sealing lips serve on the one hand to form the front and rear chambers exist between the respective radial sealing lip and the piston inner surface. On the other hand, the radial sealing lips serve as a second function for closing of the inlet openings. This double function is space-saving and reduces the total required components.

Es ist ferner bevorzugt, daß der Abstand der beiden radialen Dichtlippen geringer ist als der Abstand zwischen den Einlaßöffnungen. Auf diese Weise ist eine günstige wechselseitige bzw. alternative Verschließung der Einlaßöffnungen möglich.It is further preferred that the distance between the two radial sealing lips is smaller is the distance between the inlet openings. That way is one Favorable mutual or alternative closure of the inlet openings possible.

Das Verbindungsrohr weist mindestens eine vordere Abzugsöffnung zur Entlüftung der vorderen Kammer und mindestens eine hintere Abzugsöffnung zur Entlüftung der hinteren Kammer auf. Dies erleichtert die Rückbewegung des entsprechenden Kolbens, wodurch das in der entsprechenden Kammer enthaltene Volumen abgeführt wird.The connecting pipe has at least one front exhaust opening for ventilation the front chamber and at least one rear exhaust opening for Vent the rear chamber. This facilitates the return movement of the corresponding piston, whereby the contained in the corresponding chamber Volume is discharged.

Das Verbindungsrohr ist bevorzugt durch das Umschaltelement hindurchgeführt, so daß beide Elemente einander axial führen. Dadurch ist die Anzahl der Bauteile und der Platzbedarf ebenfalls vermindert. Die Kolben weisen stirnseitig gebildete Durchgangsöffnungen zur Restentlüftung auf. Alternativ oder zusätzlich können auch im Gehäuse gebildete Durchgangsöffnungen vorgesehen sein, um die Restentlüftung zu unterstützen. Ferner ist es möglich, zwischen Kolben und Zylinder einen ausreichend dimensionierten Ringspalt vorzusehen, der die Restentlüftung der entsprechenden Zylinderkammer gewährleistet. Um auch das in der jeweiligen Kammer enthaltene Restvolumen geeignet abzuführen, sind stirnseitig im Kolben gebildete Durchgangsöffnungen vorgesehen. Diese ergänzen die Wirkung der im Verbindungsrohr angebrachten Abzugsöffnungen.The connecting tube is preferably passed through the switching element, so that both elements guide each other axially. This is the number of components and the space requirement is also reduced. The pistons have end faces Through openings for residual ventilation. Alternatively or additionally you can through openings formed in the housing can also be provided in order to To support residual ventilation. It is also possible to switch between pistons and Provide an adequately dimensioned annular gap for the cylinder, which provides the residual ventilation the corresponding cylinder chamber guaranteed. To do that in the residual volume contained in the respective chamber must be appropriately discharged Through openings formed on the end face in the piston are provided. Complement these the effect of the exhaust openings in the connecting pipe.

Das Verbindungsrohr ist bevorzugt durch die Kolben hindurchgeführt und endseitig offen.The connecting pipe is preferably passed through the pistons and at the end open.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung.Further advantages and possible uses of the present invention result from the following description of an exemplary embodiment in connection with the drawing.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer halb weggebrochenen Ausführungsform einer pneumatischen Antriebsvorrichtung nach der Erfindung.Figure 1 shows a perspective view of a half-broken embodiment a pneumatic drive device according to the invention.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Ausführungsform von Figur 1.Figure 2 shows a cross section through the embodiment of Figure 1.

Die in den Figuren gezeigte pneumatische Antriebsvorrichtung weist ein Gehäuse 2 auf, das zwei Abschnitte unterschiedlichen Innendurchmessers aufweist. Der Außendurchmesser des Gehäuses ist über die gesamte Länge gleich. Die unterschiedliche Dimensionierung der Abschnittsquerschnitte bzw. Kolbenquerschnitte erlaubt die Einstellung der Impulsamplitude in der jeweiligen Richtung, so daß unterschiedliche Impulsamplituden bzw. Kraftstoßamplituden einstellbar sind. Die beiden Abschnitte können alternativ gleichen Durchmesser aufweisen.The pneumatic drive device shown in the figures has a housing 2, which has two sections of different inner diameters. Of the The outer diameter of the housing is the same over the entire length. The different Dimensioning of the section cross sections or piston cross sections allows you to set the pulse amplitude in the respective direction so that different pulse amplitudes or force amplitudes can be set. The alternatively, the two sections can have the same diameter.

In dem Abschnitt des Gehäuses 2 mit größerem Innendurchmesser ist ein axial verschieblich gelagerter vorderer Kolben 4 vorgesehen, während im Abschnitt des Gehäuses 2 mit kleinerem Durchmesser ein entsprechend kleinerer hinterer Kolben 6 vorgesehen ist. Die beiden Kolben 4 und 6 sind durch ein innen hohles Verbindungsrohr 8 miteinander verbunden und führen daher gemeinsame Bewegungen aus.In the section of the housing 2 with a larger inner diameter there is an axial slidably mounted front piston 4 provided while in the section the housing 2 with a smaller diameter a correspondingly smaller rear Piston 6 is provided. The two pistons 4 and 6 are hollow on the inside Connection tube 8 connected to each other and therefore perform common movements out.

Etwa mittig im Gehäuse 2 ist ein Umschaltelement 10 eingesetzt, das zur wechselseitigen Druckbeaufschlagung der beiden Kolben 4 und 6 dient. Das Umschaltelement 10 weist zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Dichtlippen 12, 12' auf, die sich beide im Gehäuseabschnitt kleineren Durchmessers befinden. Zwischen der vorderen Dichtlippe 12' und dem gegenüber angeordneten vorderen Kolben 4 befindet sich eine vordere Kammer 14, die als Druckbeaufschlagungskammer für den Kolben 4 dient. Zwischen der hinteren Dichtlippe 12 und dem gegenüber angeordneten hinteren Kolben 6 befindet sich eine hintere Kammer 16, die als Druckbeaufschlagungskammer für den Kolben dient.A switching element 10 is inserted approximately in the center of the housing 2, which is used for mutual pressurization of the two pistons 4 and 6 is used. The Switching element 10 has two axially spaced apart Sealing lips 12, 12 ', both of which are in the housing section of smaller diameter are located. Between the front sealing lip 12 'and the opposite arranged front piston 4 is a front chamber 14, which as Pressurizing chamber for the piston 4 is used. Between the rear Sealing lip 12 and the rear piston 6 arranged opposite is located a rear chamber 16 which acts as a pressurizing chamber for the piston serves.

In dem Gehäuse 2, und zwar dem Abschnitt des kleineren Durchmessers, befinden sich zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Einlaßöffnungen 18, 20, die zur Druckbeaufschlagung für die beiden Kammern 14 und 16 dienen. In the housing 2, namely the section of the smaller diameter, there are two inlet openings arranged at an axial distance from one another 18, 20, which serve to pressurize the two chambers 14 and 16.

Die beiden Einlaßöffnungen 18, 20 münden im Bereich des axial verschieblich gelagerten Umschaltelementes 10.The two inlet openings 18, 20 open in the region of the axially displaceable stored switching element 10.

Das Umschaltelement 10 ist so ausgestaltet und eingebaut, daß es zwischen einer ersten, in Figur 2 gezeigten, linken Position und einer zweiten (nicht gezeigten) Position verschiebbar ist. In der ersten in Figur 2 gezeigten Position ist die Einlaßöffnung 18 zur vorderen Kammer 14 durch die Dichtlippe 12' versperrt, so daß die Kammer 14 nicht druckbeaufschlagt werden kann. Hingegen ist in dieser ersten Position die Einlaßöffnung 20 mit der hinteren Kammer 16 in Verbindung. Die beiden Einlaßöffnungen 18, 20 sind mit einer Druckquelle verbunden, so daß das in die Kammer 16 einströmende Druckmedium den Kolben 6 nach außen bewegt, während das Volumen der Kammer 16 vergrößert wird. Da die beiden Kolben 4 und 6 gekoppelt sind, führt der Kolben 4 eine gleichsinnig nach innen gerichtete Bewegung aus. Das axial äußerste Ende des Umschaltelementes 10 wird von einer Manschette 26 gebildet, gegen die der Kolben 4 bei seiner Rückbewegung stößt. Der Kolben 4 führt durch Anlage an die Manschette 26 das Umschaltelement aus einer ersten (in Figur 2 links gezeigten) Position in die zweite (nicht gezeigte) Position, in der die Einlaßöffnung 18 zur vorderen Kammer 14 geöffnet ist, während die Einlaßöffnung 20 zur hinteren Kammer 16 nun geschlossen ist. Die an die Einlaßöffnung 18 angeschlossene Druckleitung führt Druckmedium in die dadurch expandierende Vorderkammer 14, wodurch der Kolben 4 nach außen getrieben wird. Gleichzeitig führt der Kolben 6 eine nach innen gerichtete Bewegung aus, die im letzten Drittel der Bewegung zur Anlage an eine endseitig im Umschaltelement 10 gebildete Manschette 26' führt. Der zurückschnellende Kolben 6 schiebt durch Anlage an der Manschette 26' das Umschaltelement 10 von seiner zweiten Position zurück in seine erste Position (in Figur 2 gezeigt).The switching element 10 is designed and installed so that it is between a first left position shown in Figure 2 and a second (not shown) position is displaceable. In the first position shown in Figure 2 is the inlet opening 18 to the front chamber 14 through the sealing lip 12 ' blocked so that the chamber 14 can not be pressurized. On the other hand is in this first position the inlet opening 20 with the rear chamber 16 in connection. The two inlet openings 18, 20 are with a pressure source connected so that the pressure medium flowing into the chamber 16 Piston 6 moves outward while the volume of chamber 16 increases becomes. Since the two pistons 4 and 6 are coupled, the piston 4 carries one movement in the same direction. The axially extreme end of the Switching element 10 is formed by a sleeve 26 against which the Piston 4 bumps during its return movement. The piston 4 leads through contact the cuff 26 the switching element from a first (left in Figure 2 position) to the second position (not shown) in which the inlet opening 18 to the front chamber 14 is open while the inlet opening 20th to the rear chamber 16 is now closed. The at the inlet opening 18th connected pressure line leads pressure medium into the expanding one Front chamber 14, whereby the piston 4 is driven outwards. At the same time the piston 6 performs an inward movement, the last Third of the movement to abut against one end of the changeover element 10 formed cuff 26 'leads. The recoil piston 6 pushes through System on the cuff 26 'the switching element 10 from its second Position back to its first position (shown in Figure 2).

Die beschriebene wechselseitige Beaufschlagung der beiden Kolben 4 und 6 führt zu einer hin- und hergehenden Bewegung der beiden Kolben. Jeder der beiden Kolben kann als pneumatische Antriebsvorrichtung verwendet werden.The described mutual action of the two pistons 4 and 6 leads to a reciprocating movement of the two pistons. Everyone who Both pistons can be used as a pneumatic drive device.

In dem Verbindungsrohr 8 sind zur Öffnung in der Kammer 14 zwei Abzugsöffnungen 22, 22' gebildet, die zur Abführung des in der Kammer 14 aufgenommenen pneumatischen Volumens dienen. Zu diesem Zweck ist das Verbindungsrohr 8 durch den Kolben 4 hindurchgeführt und öffnet sich an dessen äußeren Stirnfläche. Ebenfalls sind zur Öffnung in der hinteren Kammer 16 zwei gegenüberliegende hintere Abzugsöffnungen 24, 24' gebildet, die zur Fluidentleerung der hinteren Kammer 16 bei deren Kontraktion dienen. Das Verbindungsrohr 8 ist auch durch den Kolben 6 hindurchgeführt und öffnet sich an dessen äußeren Stirnfläche. Zur Restentlüftung sind stirnseitig in den beiden Kolben 4, 6 gebildete Durchgangsöffnungen bzw. ein zwischen Zylinder und Kolben gebildeter Spalt vorgesehen, die zur Restentlüftung dienen. Diese wirken mit den Abzugsöffnungen 22, 22' bzw. 24, 24' geeignet zusammen.In the connecting pipe 8 there are two discharge openings for opening in the chamber 14 22, 22 'formed for the removal of that received in the chamber 14 serve pneumatic volume. For this purpose the connecting pipe 8 passed through the piston 4 and opens at the outer Face. Likewise, two are opposite to the opening in the rear chamber 16 rear discharge openings 24, 24 'formed for fluid emptying serve the rear chamber 16 in their contraction. The connecting pipe 8 is also passed through the piston 6 and opens at the outer Face. For residual ventilation are formed in the front of the two pistons 4, 6 Through openings or a gap formed between the cylinder and piston provided that are used for residual ventilation. These work with the exhaust openings 22, 22 'or 24, 24' together.

Claims

A pneumatic drive device comprising:

a cylindrical housing (2), in which a piston element (4, 6, and 8) is adapted to run axially, the piston element terminally having a front piston (4) and a rear piston (6), which are connected together by a connection tube (8),

a switch over element (10) movingly mounted between the pistons (4 and 6) in the housing, said switch over element cooperating with the front piston (4), a variable front chamber (14) and with the rear piston (6) in defining a variable rear chamber (16), and

two inlet openings (18 and 20) formed in the housing (2) and arranged to receive pressure, said openings being able to be connected with the front and, respectively, rear chambers, the switch over element (10) clearing in a first position the inlet opening (20) into the rear chamber so that the rear piston (6) moves axially outward in relation to the switch over element (10) and the front piston (4) moves axially inward, and in a second position the switch over element clears the inlet opening (18) into the front chamber (14) so that the front piston (4) moves axially outward in relation to the switch over element (10) and the rear piston (6) moves axially inward, the respectively inwardly moved piston (4 and 6) switching over the switch over element (10) between the two positions.
The pneumatic drive device as claimed in claim 1, characterized in that the switch over element (10) possesses two radial sealing lips (12 and 12'), which alternatively open and respectively close the inlet openings.
The pneumatic drive device as claimed in claim 2, characterized in that the distance apart of the sealing lips (12 and 12') is less than the distance apart of the inlet openings (18 and 20).
The pneumatic drive device as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the connection tube (8) possesses at least one front draw-off opening (22 and 22') for venting the front chamber (14) and at least one rear draw-off opening (24 and 24') for venting the rear chamber (16).
The pneumatic drive device as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the connection tube (8) extends through the switching over element (10).
The pneumatic drive device as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the pistons possess through openings in the end faces thereof for venting off residual air.
The pneumatic drive device as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the connection tube (8) is extended through the pistons (4 and 6) axially and is open at the end.
The pneumatic drive device as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) has through openings for venting off residual air.