WO2015169290A1 - Kolben und dämpfer - Google Patents

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WO2015169290A1
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piston
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piston according
cylinder
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Brian Moore
Clemens Kimmig
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Otto Bock Healthcare GmbH
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    • A61F2002/5003—Prostheses not implantable in the body having damping means, e.g. shock absorbers
    • A61F2002/5006—Dampers, e.g. hydraulic damper

Definitions

  • the invention relates to a piston for arrangement in a damper for a orthopedic device with a cylinder in which the piston is mounted displaceably relative to the cylinder and the piston has a base body.
  • the invention also relates to a damper with a cylinder and such a piston and an orthosis or prosthesis with such a damper.
  • Damper devices in particular in prosthetic and orthotic systems or devices, can be designed as hydraulic or pneumatic dampers, in which a piston is acted upon within a cylinder via a piston rod with a force.
  • the hydraulic or pneumatic medium is displaced by the piston from a piston chamber, for example deflected by a valve or a throttle and diverted into an expansion tank or into a volume which lies behind the piston.
  • a throttle Through the passage of the medium through a throttle kinetic energy is dissipated and kinetic energy taken out of the system.
  • Object of the present invention is to provide a piston for a damper device and a damper device as such, with which needs can be met.
  • the piston according to the invention for arrangement in a damper for an orthopedic device with a cylinder in which the piston is displaceably mounted relative to the cylinder and has a base body, provides that at least one deformation element is arranged on or in the base body, which at least at least a displaceable pressure device is assigned, which acts at least partially on the at least one deformation element, wherein the deformation element at least partially bulges outward when applying a compressive force at a different location from the force application point.
  • the invention provides that caused by the printing device
  • Deformation does not affect the point at which the compressive force has been introduced, but through the deformation element and is redirected to be then arched at a different location from the force application point at least partially outward.
  • the deformation element which is encapsulated for example in the base body, thus serves as a power transport device, so that it is possible to provide a piston with few components, which can be used as a solid damper by depending on the desired damping damping the pressure device more or less in the direction of the deformation element is shifted, so that a more or less large or strong bulge of the deformation element takes place at another point of the body and the piston.
  • a development of the invention provides that the printing device based on a longitudinal extent of the piston in the axial direction or radially inwardly oriented direction acts on the deformation element with a compressive force.
  • a conventional piston which performs a reciprocal movement along a longitudinal extension of a cylinder, it is provided that, for example, a radially inwardly oriented pressurization, for example by screwing a
  • the deformation element displaces a pressure application point and bulges in another place.
  • a pressure device in the axial direction to compress the deformation element arranged in or on the main body and press it outward, so that an up-curvature takes place at a location different from the force introduction point.
  • the pressure device can be designed as a screw or spreading body in order to be able to exert pressure on the deformation element in the respectively desired direction. If several pressure devices are associated with the deformation element, it is possible that a first pressure device, e.g. a screw, a
  • Presetting or a basic setting is generated with a corresponding bias, while with the second printing means a fine adjustment, adjustment or calibration and adaptation to the wishes of e.g. of the prosthesis or orthosis wearer.
  • a development of the invention provides that the printing device on the
  • Base body or is set in the deformation element, so that by screwing the pressure device into the body or by spreading in the deformation element, a redistribution of the material of the deformation element takes place and at a different position from the force introduction point a bulge or bulge and thereby allows a change in a frictional resistance.
  • the base body advantageously consists of a dimensionally stable material, for example a high-strength plastic or a light metal, and surrounds it
  • Deformation element at least partially, to specify a deformation direction.
  • a bulge is naturally not possible, so that depending on the configuration the basic body is defined by the absence of an environment of the base body that place where the deformation element can bulge.
  • the piston may be rotationally symmetrical, wherein the deformation element is also substantially rotationally symmetrical and has at least one radially outward section.
  • This makes it possible to exert a compressive force at an almost arbitrary point on the rotationally symmetrical part of the deformation element and to compress the deformation element or to apply a compressive force, so that due to the Kraftum- line and deformation of the deformation element in the region of the radially outward Section a defined deformation and bulge at the region where the deformation element has a radially projecting portion can take place.
  • a development of the invention provides that the deformation element in an undeformed state does not protrude beyond the outer contour of the main body, so that the basic body predetermines the original outer contour of the piston. Only in the deformed state is the deformation element beyond the outer contour of the base body.
  • the deformation element is advantageously at least partially made of a polymer material, in particular of a TPU, so that an almost arbitrary shaping of the deformation element can be used to direct the force through the deformation element and to effect the deformation at another point.
  • the deformation element can also be made entirely from the polymer material or the polymer materials. In addition to the design of the deformation element as an integral body, it may also consist of a composition of several components or at least partially consist thereof.
  • the deformation element can also consist of spheres, optionally of an elastic material, sand, powder or a mixture of solid constituents and one or more liquids.
  • the deformation element can also consist of a combination of one or more solids and one or more oils and / or a gel or have such components.
  • the deformation element is fixed in at least one recess of the base body, wherein the recess can be arranged centrally in the base body, so that the deformation element is arranged as a core in the base body. Only in some areas there is a contact or a connection with the circumference or the contour of the basic body, so that the bulging of the deformation element can take place at these locations.
  • in the base body openings are formed in the direction of the circumference, which are advantageously filled by the deformation element to cause even at a relatively low pressure exerted by the printing device a corresponding bulge on the circumference of the body out.
  • a contact element which interacts with the deformation element can be arranged on the outer side of the base body so that the deformation of the deformation element allows the contact element to be displaced in the direction of the cylinder.
  • the contact element may be formed as an expandable cover of the deformation element, so that it is avoided that a direct frictional contact between see the deformation element and the cylinder wall is made. This makes it possible that the contact element can be designed as a wearing part and is replaced if necessary.
  • the contact element may be pivotably attached to the base body via a hinge device, wherein the hinge device may be formed, for example, as a film hinge.
  • the piston as a plastic part, it is possible to produce the piston as a whole in a single operation and thereby introduce the deformation element in the context of a 2K injection molding within the substantially inelastic base body. This also makes it possible to produce relatively complex shapes easily and provide only the printing device as a separate component. This makes it possible to save components and the piston together with the
  • the deformation element is advantageously designed as an elastic, incompressible material. terial formed or has such at least, wherein when using an incompressible material a more precise adjustment of the degree of deformation can be achieved.
  • plastic deformation losses must be taken into account, whereby in the case of an elastic, compressible deformation element there is a certain force limitation due to the compressibility of the material. If the deformation element is loaded by the pressure device and pushes outward, for example in order to pretension a contact element in the direction of a cylinder wall, this pretensioning causes an automatic readjustment of the contact element, for example if wear occurs during the use or if materials deform.
  • the damper according to the invention with a cylinder and a piston movably mounted therein, as described above, allows a simple adjustment of the damping by a change in the position of the pressure device and is constructed particularly simple. Due to the solid state damping, it is not necessary to provide seals for fluids.
  • a development of the damper provides that at least one contact element is arranged between the deformation element and the cylinder, which is displaceable over the deformation element in the direction of the cylinder when the deformation element bulges in the region of the contact element.
  • Figure 1 - a first variant of a damper with a piston in sectional view
  • Figure 2 is a sectional view of a piston
  • FIG. 3 shows a perspective outside view of a piston without contact element
  • FIG. 5 shows a perspective side view of a piston according to FIG. 4.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a damper 1 with a cylinder 2, which has a substantially round cross-section, in which a piston 10 is mounted so as to be axially displaceable along a central axis M.
  • the piston 10 has a base body 3, which is made of a dimensionally stable material, preferably of a plastic or a light metal, wherein the material must have sufficient dimensional stability to absorb the axial forces caused by the piston movement.
  • a piston rod not shown, which can be screwed into a thread 33 at the upper end of the base body 3, forces are transmitted, for example, from an upper part of a joint device through the damper 1 to a lower part of a joint device, for example a prosthetic knee joint.
  • a recess 34 is formed, which represents an extension of the core hole diameter of the thread 33 in the illustrated embodiment. From this central bore laterally outwardly projecting holes or recesses are introduced into the base body 3 at the lower end, which extend to the periphery of the base body 3.
  • threaded inserts and pressure devices 5 are introduced on opposite sides in the base body, wherein the pressure means 5 are formed as screws.
  • the pressure devices 5 in the form of so-called grub screws are introduced into threads which extend to the recess 34, so that the pressure devices 5 can be screwed into the recess 34 in order to reduce the volume there.
  • a deformation element 4 is arranged, which completely fills the recess 34.
  • the deformation element 4 also fills out the bores or sections of the recess 34 leading to the outside, wherein a contact element 6 is provided around the area of the recesses pointing radially outwards is arranged in the form of a slotted ring, so that a direct contact of the deformation element 4 with the inner wall of the cylinder 2 is avoided.
  • the pressure devices 5 are in the illustrated embodiment in direct contact with the deformation element 4, it can also be provided that the pressure device 5 is coupled via punch or deflection with the deformation element 4 in a force-transmitting manner.
  • a second contact element 7 is arranged, which serves as a kind of piston ring and is arranged to guide the piston 10 within the cylinder in a groove in the piston 10.
  • the upward opening of the recess 34 is closed by an insert, for example a screw.
  • the deformation element 4 is completely surrounded by dimensionally stable components in the region of the cylindrical bore, namely of the base body 3, the pressure means 5 and the cap or the screw for top-side completion of the recess 34, not shown. Only by the radially outwardly projecting holes are the Corresponding radially outwardly projecting sections 41 of the deformation element 4 able to compensate for the change in volume by a bulge occurs radially outward, so that forces are transmitted to the cylinder 2.
  • a pressure device 5 or both pressure devices 5 are screwed in the direction of the central axis M, so that the volume in the central cylindrical region of the recess 34 is reduced.
  • the deformation element 4 consists of an incompressible medium or nearly incompressible medium, for example a TPU, silicone or the like, this local volume change is transmitted directly through the material of the deformation element 4 to the radially outwardly projecting portions 41, so that the deformation element 4 in bulges out these radial bores and presses the contact element 6 reinforced against the cylinder 2.
  • the pressure means 5 are unscrewed, by an elastic restoring force inherent in the material of the deformation element 4, a gearverform causes ung, optionally supported by a restoring force of the contact element 6, when this in the direction of the piston 10 under application a compressive force is biased.
  • the deformation element is a compressible medium, for example a foam material
  • the change in volume within the recess 34 is not transmitted directly outward by a bulge, but a compression of the deformation element 4 takes place, whereby on the one hand an energy storage and on the other hand a force limitation is realized.
  • the compressibility of the material of the deformation element 4 is chosen so that a sufficient deformation and bulge is realized to the outside beyond the undeformed ground state addition.
  • FIG. 2 shows the piston 10 in a detail view.
  • the pressure devices 5 have not yet compressed the deformation element 4, so that the contact element 6 has not yet expanded and has an enlarged circumference.
  • a piston rod receptacle 32 is formed, through which a piston pin can be guided, so that a piston rod exert axial forces on the piston 10 and at the same time allows a rotation about the piston pin axis.
  • an end cap 31 is arranged, which may be formed as a separate component and is connected, for example via screw to the base body 3. Alternatively, it is possible to form the main body 3 in one piece.
  • the recess 34 and the radial, outwardly facing portions with openings to the periphery of the body either in the original molding process or by a separation process in the body and then introduce the material of the deformation element 4 centrally in the body 3.
  • the Base body 3 with the recess 34 are easily made by a vertical bore along the central axis M of the piston.
  • the threads and through holes for the pressure devices 5 are easy to manufacture by drilling and inserting the threaded inserts or by cutting threads and the determination of the end cap 31 is done by screwing.
  • the end cap 31 has a flat surface which faces the base body 3 and the forming of the deformation element 4 with a reduced outer diameter at the lower end for insertion of the contact element 6 forms the groove in which the contact element 6 is inserted is. Screws or the like can then protrude at certain points through the deformation element 4, so that a substantially uniform outward bulge is realized by the deformation element.
  • the lower portion with the radially outward portions 41 is thus formed like a plate or a widened head.
  • FIG. 3 shows the piston 10 according to FIG. 2 in a perspective view.
  • the contact elements are shown in broken lines.
  • FIG. 4 A variant of the invention is shown in FIG. 4, in which only one pressure device 5 in the form of a grub screw is provided.
  • the main body 3 is in Essentially formed in one piece and has a hinge 16 on which it is possible to widen a surrounding portion of the base body 3 in the radial direction.
  • slits 17 directed in the longitudinal direction are provided so that individual tabs of the main body 3 protrude downwards and surround a cavity.
  • the tabs are surrounded by the contact element 6 and surrounds the tabs, so that a radial expansion is possible only by applying additional forces.
  • the end cap 31 is hooked to the underside of the tabs, whereby a bottom-side completion of the recess 34 is effected within the base body 3.
  • the tabs of the body have a groove into which the contact element 6 is inserted in order to avoid an axial displacement.
  • Inwardly projecting projections 18 are formed on the inner side of the flaps, in which interlocking elements 31 1 formed on the end cap 31 engage, so that after insertion of the end cap 31 in the direction of the deformation element 4, the flaps toward the end cap 31 snap radially inward and thus cause a positive locking with simultaneous pre-compression of the deformation element 4.
  • the sectional view can also be seen that within the body
  • the existing recess 34 is completely filled by the deformation element 4 and engages a pressure device 5 at the upper end of the deformation element 4.
  • the material of the deformation element 4 bulges at the lower end, which is flared, from, due to the positive locking by the end cap 31 only a radial expansion by a displacement of the tabs and a Pivoting about the hinge device 16, which is constructed in the manner of a film hinge, is possible.
  • the pivoting of the tabs takes place only so far that the positive locking elements 31 1 of the end cap 31 do not disengage from the projections 18 in the end region of the tabs.
  • Figure 5 shows the configuration of the piston according to Figure 4 in a perspective view.
  • the base body may be made of an injection molded part, the deformation element may be enclosed within the main body 3 and allow only a partial displacement of parts, in this case straps, of the main body 3 to the outside.
  • the contact element 6 is pivotally mounted on the base body 3.
  • the invention uses the change in shape of the deformation element 4, which is preferably incompressible to produce a continuously adjustable braking force.
  • the deformation element 4 itself is wear-free, wear of the contact element 6 can be compensated by adjusting the pressure device 5.
  • the mechanical pressure on the deformation element 4 and thus in the deformation element 4 is a scalar size, which due to the nature of the material and the installation situation with defined escape zones without mechanical support. wall in any direction and can be directed to any location.
  • the setting of the damper force is possible at almost any point of the piston, preferably at an externally accessible location.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (10) zur Anordnung in einem Dämpfer (1) für eine orthopädietechnische Einrichtung mit einem Zylinder (2), in dem der Kolben (10) relativ zu dem Zylinder (2) verlagerbar gelagert ist und einen Grundkörper (3) aufweist, wobei an oder in dem Grundkörper (3) zumindest ein Verformungselement (4) angeordnet ist, dem zumindest eine verlagerbare Druckeinrichtung (5) zugeordnet ist, die zumindest partiell auf das zumindest eine Verformungselement (4) einwirkt, wobei sich das Verformungselement (4) beim Aufbringen einer Druckkraft an einen von der Krafteinleitungsstelle verschiedenen Ort zumindest teilweise nach außen wölbt.

Description

Kolben und Dämpfer
Die Erfindung betrifft einen Kolben zur Anordnung in einem Dämpfer für eine orthopädietechnische Einrichtung mit einem Zylinder, in dem der Kolben relativ zu dem Zylinder verlagerbar gelagert ist und der Kolben einen Grundkörper aufweist. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Dämpfer mit einem Zylinder und einem solchen Kolben und eine Orthese oder Prothese mit einem solchen Dämpfer.
Dämpfereinrichtungen, insbesondere in prothetischen und orthetischen Systemen oder Einrichtungen, können als hydraulische oder pneumatische Dämpfer ausgebildet sein, bei denen ein Kolben innerhalb eines Zylinders über eine Kolbenstange mit einer Kraft beaufschlagt wird. Das hydraulische oder pneumatische Medium wird durch den Kolben aus einer Kolbenkammer verdrängt, beispielsweise durch ein Ventil oder eine Drossel umgelenkt und in einen Ausgleichsbehälter oder aber in ein Vo- lumen, das hinter dem Kolben liegt, umgeleitet. Durch die Durchleitung des Mediums durch eine Drossel wird kinetische Energie dissipiert und Bewegungsenergie aus dem System genommen.
Pneumatische und hydraulische Systeme benötigen einen relativ hohen Aufwand, um gegenüber Leckagen abgesichert zu sein. Bewegungsdichtungen sind vorhanden, ebenso ist es notwendig, Drosseln, Ventile, Rückschlagelemente und dergleichen vorzusehen, auszulegen und zu montieren, so dass diese Dämpfereinrichtungen relativ aufwendig sind. Sowohl in der Prothetik als auch in der Ortethik besteht jedoch auch ein Bedarf an einfachen Dämpfern und zugehörigen Bauteilen, mit denen es möglich ist, auf preiswerte und robuste Art und Weise eine einfache Dämpfung, beispielsweise eine Schwungphasendämpfung in einem Kniegelenk zu verwirklichen. Aus der CN 201768054 U ist ein Prothesenkniegelenk mit einem Feststoffdämpfer bekannt, bei dem eine Spreizhülse in einem Zylinder geführt ist. Über eine Gewindestange kann der Abstand zwischen zwei Konen verändert und die Spreizhülse aufgeweitet werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben für eine Dämpfereinrichtung und eine Dämpfereinrichtung als solche bereitzustellen, mit denen Bedarf gedeckt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kolben mit den Merkmalen des Hauptanspruches und einen Dämpfer mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
Der erfindungsgemäße Kolben zur Anordnung in einem Dämpfer für eine orthopädietechnische Einrichtung mit einem Zylinder, in dem der Kolben relativ zu dem Zylinder verlagerbar gelagert ist und einen Grundkörper aufweist, sieht vor, dass an oder in dem Grundkörper zumindest ein Verformungselement angeordnet ist, dem zumin- dest eine verlagerbare Druckeinrichtung zugeordnet ist, die zumindest partiell auf das zumindest eine Verformungselement einwirkt, wobei sich das Verformungselement beim Aufbringen einer Druckkraft an einen von der Krafteinleitungsstelle verschiedenen Ort zumindest teilweise nach außen wölbt. Anders als beim Stand der Technik, bei dem eine Spreizhülse durch einen Konus unmittelbar aufgeweitet wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die durch die Druckeinrichtung bewirkte
Verformung nicht an derjenigen Stelle auswirkt, bei der die Druckkraft eingebracht worden ist, sondern durch das Verformungselement hindurch und umgeleitet wird, um dann an einem von der Krafteinleitungsstelle verschiedenen Ort zumindest teilweise nach außen gewölbt zu werden. Das Verformungselement, das beispielsweise in dem Grundkörper eingekapselt ist, dient somit als Krafttransporteinrichtung, so dass es möglich ist, mit wenigen Bauteilen einen Kolben bereitzustellen, der als Feststoffdämpfer eingesetzt werden kann, indem je nach Dämpfungswunsch die Druckeinrichtung mehr oder weniger in Richtung auf das Verformungselement verlagert wird, so dass eine mehr oder weniger große oder starke Auswölbung des Ver- formungselementes an einer anderen Stelle des Grundkörpers und des Kolbens stattfindet.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Druckeinrichtung bezogen auf eine Längserstreckung des Kolbens in Axialrichtung oder radial nach innen orientierte Richtung das Verformungselement mit einer Druckkraft beaufschlagt. Bei einem herkömmlichen Kolben, der entlang einer Längserstreckung eines Zylinders eine reziproke Bewegung ausführt, ist vorgesehen, dass beispielsweise eine radial nach innen orientierte Druckbeaufschlagung, beispielsweise durch Einschrauben einer
Schraube in den Druckkörper, das Verformungselement eine Druckkrafteinleitungsstelle verdrängt und an einer anderen Stelle sich auswölbt. Ebenso ist es möglich, dass in Axialrichtung eine Druckeinrichtung das in oder an dem Grundkörper angeordnete Verformungselement komprimiert und nach außen drückt, so dass eine Auf- Wölbung an einem von der Krafteinleitungsstelle verschiedenen Ort stattfindet.
Die Druckeinrichtung kann als Schraube oder Aufspreizkörper ausgebildet sein, um in die jeweils gewünschte Richtung Druck auf das Verformungselement ausüben zu können. Werden mehrere Druckeinrichtungen dem Verformungselement zugeordnet ist es möglich, dass durch eine erste Druckeinrichtung, z.B. eine Schraube, eine
Voreinstellung oder eine Grundeinstellung mit entsprechender Vorspannung erzeugt wird, während mit der zweiten Druckeinrichtung eine Feineinstellung, Justierung oder Kalibrierung und Anpassung an die Wünsche z.B. des Prothesen- oder Orthesenträ- gers erfolgt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Druckeinrichtung an dem
Grundkörper oder in dem Verformungselement festgelegt ist, so dass durch Einschrauben der Druckeinrichtung in den Grundkörper oder durch Aufspreizen in dem Verformungselement eine Umverteilung des Materials des Verformungselementes erfolgt und an einer von der Krafteinleitungsstelle verschiedenen Position eine Aufwölbung oder Auswölbung und dadurch eine Veränderung eines Reibungswiderstandes ermöglicht.
Der Grundkörper besteht vorteilhafterweise aus einem formstabilen Werkstoff, bei- spielsweise einem hochfesten Kunststoff oder einem Leichtmetall, und umgibt das
Verformungselement zumindest teilweise, um eine Verformungsrichtung vorzugeben. In dem Bereich, in dem das Verformungselement von dem Grundkörper umgeben wird, ist eine Auswölbung naturgemäß nicht möglich, so dass je nach Ausgestaltung des Grundkörpers durch das Nichtvorhandensein einer Umgebung des Grundkörpers derjenige Ort definiert wird, an dem das Verformungselement sich auswölben kann.
Der Kolben kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein, wobei das Verformungs- element ebenfalls im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und zumindest einen radial nach außen stehenden Abschnitt aufweist. Dadurch ist es möglich, an einer nahezu beliebigen Stelle auf den rotationssymmetrischen Teil des Verformungselementes eine Druckkraft auszuüben und das Verformungselement zu komprimieren oder mit einer Druckkraft zu beaufschlagen, so dass aufgrund der Kraftum- leitung und Verformung des Verformungselementes in dem Bereich des radial nach außen stehenden Abschnittes eine definierte Verformung und Auswölbung an dem Bereich, an dem das Verformungselement einen radial abstehenden Abschnitt aufweist, erfolgen kann. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verformungselement in einem nicht verformten Zustand nicht über die Außenkontur des Grundkörpers hinaussteht, so dass der Grundkörper die ursprüngliche Außenkontur des Kolbens vorgibt. Erst im verformten Zustand steht das Verformungselement über die Außenkontur des Grundkörpers hinaus.
Das Verformungselement ist vorteilhafterweise zumindest teilweise aus einem Polymerwerkstoff hergestellt, insbesondere aus einem TPU, so dass eine nahezu beliebige Formgebung des Verformungselementes genutzt werden kann, um die Kraft durch das Verformungselement hindurch zu leiten und an einer anderen Stelle die Verformung zu bewirken. Das Verformungselement kann auch vollständig aus dem Polymerwerkstoff oder den Polymerwerkstoffen hergestellt sein. Neben der Ausgestaltung des Verformungselementes als ein integraler Körper kann es auch aus einer Zusammensetzung mehrerer Komponenten bestehen oder zumindest teilweise daraus bestehen. Das Verformungselement kann auch aus Kugeln, ggf. aus einem elas- tischen Material, Sand, Pulver oder einem Gemisch aus Festkörperbestandteilen und einer oder mehrerer Flüssigkeiten bestehen. Das Verformungselement kann auch als eine Kombination aus einem oder mehreren Festkörpern und einem oder mehreren Ölen und/oder einem Gel bestehen oder solche Komponenten aufweisen. Vorteilhafterweise ist das Verformungselement in zumindest einer Ausnehmung des Grundkörpers festgelegt, wobei die Ausnehmung zentral in dem Grundkörper angeordnet sein kann, so dass das Verformungselement als Kern in dem Grundkörper angeordnet ist. Lediglich bereichsweise besteht ein Kontakt oder eine Verbindung mit dem Umfang oder der Kontur des Grundkörpers, so dass an diesen Stellen die Auswölbung des Verformungselementes erfolgen kann. Dazu kann es vorgesehen sein, dass in dem Grundkörper Öffnungen in Richtung auf den Umfang ausgebildet sind, die durch das Verformungselement vorteilhafterweise ausgefüllt sind, um bereits bei einer relativ geringen Druckausübung durch die Druckeinrichtung eine entsprechende Auswölbung über den Umfang des Grundkörpers hinaus zu bewirken.
An der Außenseite des Grundkörpers kann ein Kontaktelement angeordnet sein, das mit dem Verformungselement in Wechselwirkung steht, so dass durch die Verfor- mung des Verformungselementes das Kontaktelement in Richtung auf den Zylinder verlagert werden kann.
Das Kontaktelement kann als eine aufweitbare Abdeckung des Verformungselementes ausgebildet sein, so dass vermieden wird, dass ein direkter Reibungskontakt zwi- sehen dem Verformungselement und der Zylinderwandung besteht. Dadurch ist es möglich, dass das Kontaktelement als Verschleißteil ausgebildet sein kann und bei Bedarf ausgewechselt wird. Das Kontaktelement kann über eine Scharniereinrichtung an dem Grundkörper verschwenkbar befestigt sein, wobei die Scharniereinrichtung beispielsweise als ein Filmscharnier ausgebildet sein kann. Bei einer Ausgestal- tung des Kolbens als Kunststoffteil ist es möglich, den Kolben als Ganzes in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen und dabei das Verformungselement im Rahmen eines 2K-Spritzgießens innerhalb des in Wesentlichen inelastischen Grundkörpers einzubringen. Dadurch ist es auch möglich, relativ komplexe Formgebungen einfach herzustellen und lediglich die Druckeinrichtung als separates Bauteil vorzusehen. Dadurch ist es möglich, Bauteile einzusparen und den Kolben zusammen mit der
Druckeinrichtung mit zwei oder drei separaten Komponenten herzustellen.
Das Verformungselement ist vorteilhafterweise als elastisches, inkompressibles Ma- terial ausgebildet oder weist ein solches zumindest auf, wobei bei der Nutzung eines inkompressiblen Materials eine präzisere Einstellung des Verformungsgrades erzielt werden kann. Bei der Verwendung eines kompressiblen Verformungsmaterials sind plastische Verformungsverluste einzukalkulieren, wobei bei einem elastischen, kom- primierbaren Verformungselement eine gewisse Kraftbegrenzung durch die Kompressibilität des Materials vorhanden ist. Ist das Verformungselement durch die Druckeinrichtung belastet und drückt nach außen, um so z.B. ein Kontaktelement in Richtung auf eine Zylinderwand vorzuspannen, bewirkt diese Vorspannung eine automatische Nachjustierung des Kontakelementes, wenn beispielsweise im Verlauf der Nutzung ein Verschleiß auftritt oder sich Materialien verformen.
Der erfindungsgemäße Dämpfer mit einem Zylinder und einem beweglich darin gelagerten Kolben, wie er vorstehend beschrieben ist, ermöglicht ein einfaches Einstellen der Dämpfung durch eine Veränderung der Position der Druckeinrichtung und ist be- sonders einfach aufgebaut. Aufgrund der Festkörperdämpfung ist es nicht notwendig, Dichtungen für Fluide vorzusehen.
Eine Weiterbildung des Dämpfers sieht vor, dass zwischen dem Verformungselement und dem Zylinder zumindest ein Kontaktelement angeordnet ist, das über das Ver- formungselement in Richtung auf den Zylinder verlagerbar ist, wenn das Verformungselement sich im Bereich des Kontaktelementes auswölbt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - eine erste Variante eines Dämpfers mit einem Kolben in Schnittdarstellung;
Figur 2- eine Schnittdarstellung eines Kolbens;
Figur 3 - eine perspektivische Außenansicht eines Kolbens ohne Kontaktele- ment; Figur 4 - eine Schnittdarstellung einer zweiten Variante eines Kolbens, sowie
Figur 5 - eine perspektivische Seitenansicht eines Kolbens gemäß Figur 4.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Dämpfer 1 mit einem Zylinder 2, der einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist, in dem ein Kolben 10 axial verschieblich entlang einer Mittelachse M beweglich gelagert ist. Der Kolben 10 weist einen Grundkörper 3 auf, der aus einem formstabilen Material hergestellt ist, vorzugsweise aus einem Kunststoff oder einem Leichtmetall, wobei der Werkstoff eine ausreichende Formstabilität aufweisen muss, um die axialen Kräfte, die durch die Kolbenbewegung entstehen, aufzunehmen. Über eine nicht dargestellte Kolbenstange, die in ein Gewinde 33 am oberen Ende des Grundkörpers 3 eingeschraubt werden kann, werden Kräfte beispielsweise von einem Oberteil einer Gelenkeinrichtung durch den Dämpfer 1 auf ein Unterteil einer Gelenkeinrichtung, beispielsweise einem Prothesenkniegelenk, übertragen.
Innerhalb des Grundkörpers 3 ist eine Ausnehmung 34 ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Verlängerung des Kernlochdurchmessers des Gewindes 33 darstellt. Von dieser zentrischen Bohrung sind am unteren Ende seitlich nach außen ragende Bohrungen oder Ausnehmungen in den Grundkörper 3 eingebracht, die bis zum Umfang des Grundkörpers 3 reichen.
Weiterhin sind Gewindeeinsätze und Druckeinrichtungen 5 auf einander gegenüberliegenden Seiten in dem Grundkörper eingebracht, wobei die Druckeinrichtungen 5 als Schrauben ausgebildet sind. Die Druckeinrichtungen 5 in Gestalt von sogenannten Madenschrauben sind in Gewinden eingebracht, die bis zu der Ausnehmung 34 reichen, so dass die Druckeinrichtungen 5 in die Ausnehmung 34 hineingeschraubt werden kann, um dort das Volumen zu verringern.
Innerhalb der Ausnehmung 34 ist ein Verformungselement 4 angeordnet, das die Ausnehmung 34 vollständig ausfüllt. Das Verformungselement 4 füllt auch die nach außen führenden Bohrungen oder Abschnitte der Ausnehmung 34 aus, wobei um den Bereich der nach radial außen zeigenden Ausnehmungen ein Kontaktelement 6 in Gestalt eines geschlitzten Ringes angeordnet ist, so dass ein direkter Kontakt des Verformungselementes 4 mit der Innenwand des Zylinders 2 vermieden wird.
Die Druckeinrichtungen 5 stehen im dargestellten Ausführungsbeispiel in unmittelba- rem Kontakt mit dem Verformungselement 4, es kann auch vorgesehen sein, dass die Druckeinrichtung 5 über Stempel oder Umlenkeinrichtungen mit dem Verformungselement 4 in kraftübertragender Art und Weise gekoppelt ist.
Oberhalb der Druckeinrichtungen 5 ist ein zweites Kontaktelement 7 angeordnet, das als eine Art Kolbenring dient und zur Führung des Kolbens 10 innerhalb des Zylinders in einer Nut in dem Kolben 10 angeordnet ist.
Zur Einstellung der Dämpfung wird die nach oben gerichtete Öffnung der Ausnehmung 34 durch einen Einsatz, beispielsweise eine Schraube, verschlossen. Somit ist das Verformungselement 4 im Bereich der zylindrischen Bohrung vollständig von formstabilen Komponenten umgeben, nämlich von dem Grundkörper 3, den Druckeinrichtungen 5 sowie der nicht dargestellten Abdeckkappe oder der Schraube zum obenseitigen Abschluss der Ausnehmung 34. Lediglich durch die radial nach außen ragenden Bohrungen sind die korrespondierend radial nach außen ragenden Ab- schnitte 41 des Verformungselementes 4 in der Lage, die Volumenänderung auszugleichen, indem eine Auswölbung nach radial außen erfolgt, so dass Kräfte auf den Zylinder 2 übertragen werden. Soll die Reibungskraft zwischen dem Kontaktelement 6 und dem Zylinder 2 erhöht werden, wird eine Druckeinrichtung 5 oder werden beide Druckeinrichtungen 5 in Richtung auf die Mittelachse M eingeschraubt, so dass sich das Volumen in dem zentralen zylindrischen Bereich der Ausnehmung 34 verringert. Sofern das Verformungselement 4 aus einem inkompressiblen Medium oder nahezu inkompressiblen Medium besteht, beispielsweise einem TPU, Silikon oder dergleichen, wird diese lokale Volumenveränderung unmittelbar durch das Material des Verformungselementes 4 zu den radial nach außen abstehenden Abschnitten 41 weitergegeben, so dass sich das Verformungselement 4 in diesen Radialbohrungen auswölbt und das Kontaktelement 6 verstärkt gegen den Zylinder 2 drückt. Je weiter die Druckeinrichtungen 5 in die Ausnehmung 34 hineingeschraubt werden, desto größer ist die Ausbeulung oder Auswölbung des Verformungselementes 4 im Bereich der radialen Bohrungen, wodurch sich die Anpresskraft des Kontaktelementes 6 an den Zylinder 2 vergrößert, was zu einer verstärkten Reibung führt. Dadurch wird eine Axialbewegung des Kolbens 10 innerhalb des Zylinders 2 erschwert bzw. gedämpft.
Soll die Reibkraft verringert werden, werden die Druckeinrichtungen 5 herausgedreht, durch eine elastische Rückstellkraft, die dem Material des Verformungselementes 4 innewohnt, wird eine Rückverform ung bewirkt, gegebenenfalls von einer Rückstellkraft des Kontaktelementes 6 unterstützt, wenn dieser in Richtung auf den Kolben 10 unter Aufbringung einer Druckkraft vorgespannt ist.
Sofern das Verformungselement ein kompressibles Medium ist, beispielsweise ein Schaumwerkstoff, wird die Volumenveränderung innerhalb der Ausnehmung 34 nicht unmittelbar durch eine Auswölbung nach außen weitergegeben, vielmehr findet eine Verdichtung des Verformungselementes 4 statt, wodurch einerseits eine Kraftspei- cherung und andererseits eine Kraftbegrenzung verwirklicht wird. Die Kompressibilität des Materials des Verformungselementes 4 ist dabei so gewählt, dass eine ausreichende Verformung und Auswölbung nach außen über den unverformten Grundzustand hinaus realisiert wird. Figur 2 zeigt den Kolben 10 in einer Einzeldarstellung. Die Druckeinrichtungen 5 haben das Verformungselement 4 noch nicht komprimiert, so dass das Kontaktelement 6 noch nicht aufgeweitet ist und einen vergrößerten Umfang aufweist. An der Oberseite des Kolbens 10 ist eine Kolbenstangenaufnahme 32 ausgebildet, durch die ein Kolbenbolzen hindurch geführt werden kann, so dass eine Kolbenstange Axialkräfte auf den Kolben 10 ausüben und gleichzeitig eine Verdrehung um die Kolbenbolzenachse ermöglicht wird. An der Unterseite des Kolbens 10 ist eine Endkappe 31 angeordnet, die als separates Bauteil ausgebildet sein kann und beispielsweise über Schraube mit dem Grundkörper 3 verbunden ist. Alternativ dazu ist es möglich, den Grundkörper 3 einstückig auszubilden. Die Ausnehmung 34 und die radialen, nach außen weisenden Abschnitte mit Durchbrüchen zum Umfang des Grundkörpers entweder im Urformverfahren oder durch ein Trennverfahren in den Grundkörper einzubringen und anschließend das Material des Verformungselementes 4 zentral in den Grundkörper 3 einzubringen. Wird die Endkappe 31 von unten montiert, kann der Grundkörper 3 mit der Ausnehmung 34 einfach durch eine senkrechte Bohrung entlang der Mittelachse M des Kolbens hergestellt werden. Die Gewinde und Durchgangslöcher für die Druckeinrichtungen 5 sind durch Bohren und Einbringen der Gewindeeinsätze oder durch Einschneiden von Gewinden einfach herzustellen und die Festlegung der Endkappe 31 erfolgt durch Verschrauben. Innerhalb der Endkappe
34 können Stege in Richtung auf den Grundkörper 3 ausgebildet sein, um so einerseits eine unmittelbare Abstützung der Endkappe 31 auf dem Grundkörper 3 zu ermöglichen und andererseits die radial nach außen stehenden Abschnitte 41 des Verformungselementes in Umfangsrichtung zu unterteilen. Es ist auch möglich, dass die Endkappe 31 eine ebene Oberfläche aufweist, die dem Grundkörper 3 zugewandt ist und das die Formgebung des Verformungselementes 4 mit einem verringerten Außendurchmesser an dem unteren Ende zur Einbringung des Kontaktelementes 6 die Nut ausbildet, in der das Kontaktelement 6 eingelegt ist. Schrauben oder dergleichen können dann punktuell durch das Verformungselement 4 hindurchragen, so dass eine im Wesentlichen gleichmäßig nach außen wirkende Auswölbung durch das Verformungselement verwirklicht wird. Der untere Abschnitt mit den radial nach außen stehenden Abschnitten 41 ist somit tellerartig oder als verbreiterter Kopf ausgebildet.
In der Figur 3 ist in einer perspektivischen Darstellung der Kolben 10 gemäß Figur 2 dargestellt. Die Kontaktelemente sind dabei in durchbrochenen Linien dargestellt.
Neben der grundsätzlich zylindrischen Ausgestaltung des Kolbens 10 ist zu erkennen, dass in dem Grundkörper 3 radial nach innen weisende Bohrungen oder Öffnungen 35 vorhanden sind, die durch das Verformungselement 4 ausgefüllt sind und die bis an die Innenseite der nicht dargestellten Kontaktelemente reichen. Wird nun oberhalb der Wirkstelle, also oberhalb des Kontaktelementes, die Druckeinrichtung 5 in Richtung auf die Mittelachse des Kolbens 10 verlagert, verringert sich partiell das Volumen, das im Bereich der Druckeinrichtung 5 für das Verformungselement 4 zur Verfügung steht, so dass Material des Verformungselementes 4 durch die Öffnungen
35 nach außen gedrückt wird, also entgegengesetzt zu der Krafteinleitungsrichtung durch die Druckeinrichtung 5 oder die Druckeinrichtungen 5.
Eine Variante der Erfindung ist in der Figur 4 gezeigt, bei der nur noch eine Druckeinrichtung 5 in Gestalt einer Madenschraube vorgesehen ist. Der Grundkörper 3 ist im Wesentlichen einstückig ausgebildet und weist eine Scharniereinhchtung 16 auf, über die es möglich ist, einen umhüllenden Abschnitt des Grundkörpers 3 in Radialrichtung aufzuweiten. Dazu sind in Längserstreckung gerichtete Schlitze 17 vorgesehen, so dass einzelne Laschen des Grundkörpers 3 nach unten abstehen und einen Hohlraum umgeben. Die Laschen werden von dem Kontaktelement 6 umgeben und umschließt die Laschen, so dass eine radiale Aufweitung nur durch Aufbringung von zusätzlichen Kräften möglich ist.
Die Endkappe 31 ist an der Unterseite der Laschen eingehakt, wodurch ein untensei- tiger Abschluss der Ausnehmung 34 innerhalb des Grundkörpers 3 bewirkt wird.
In der Figur 4 ist in der Schnittdarstellung zu erkennen, dass die Laschen des Grundkörpers eine Nut aufweisen, in die das Kontaktelement 6 eingelegt ist, um eine axiale Verlagerung zu vermeiden. An der Innenseite der Laschen sind nach innen gerichtete Vorsprünge 18 ausgebildet, in die Formschlusselemente 31 1 , die an der Endkappe 31 ausgebildet sind, eingreifen, so dass nach dem Einführen der Endkappe 31 in Richtung auf das Verformungselement 4 die Laschen in Richtung auf die Endkappe 31 radial nach innen schnappen und somit eine formschlüssige Verriegelung bei gleichzeitiger Vorkomprimierung des Verformungselementes 4 bewirken. Der Schnittdarstellung ist ebenfalls zu entnehmen, dass innerhalb des Grundkörpers
3 die vorhandene Ausnehmung 34 vollständig von dem Verformungselement 4 ausgefüllt ist und die eine Druckeinrichtung 5 an dem oberen Ende des Verformungselementes 4 angreift. Wird die Schraube in Richtung auf das Verformungselement 4 hineingedreht, wölbt sich das Material des Verformungselementes 4 an dem unteren Ende, das sich konisch erweitert, aus, wobei aufgrund der formschlüssigen Verriegelung durch die Endkappe 31 nur eine radiale Aufweitung durch eine Verlagerung der Laschen und ein Verschwenken um die Scharniereinrichtung 16, die nach Art eines Filmscharniers aufgebaut ist, möglich ist Die Verschwenkung der Laschen erfolgt dabei nur so weit, dass die Formschlusselemente 31 1 der Endkappe 31 nicht außer Eingriff mit den Vorsprüngen 18 im Endbereich der Laschen treten. Figur 5 zeigt die Ausgestaltung des Kolbens gemäß Figur 4 in einer perspektivischen Darstellung. Der Grundkörper kann aus einem Spritzgussteil hergestellt sein, das Verformungselement kann innerhalb des Grundkörpers 3 eingeschlossen sein und nur eine partielle Verlagerung von Teilen, in diesem Fall Laschen, des Grundkörpers 3 nach außen zulassen. Über die Laschen ist das Kontaktelement 6 verschwenkbar an dem Grundkörper 3 gelagert. Insgesamt werden nur fünf Komponenten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens benötigt, nämlich den Grundkörper, die Endkappe, das Kontaktelement sowie die Druckeinrichtung, was insgesamt eine Verringerung der Bauteileanzahl, ein Einsparen an Montagetätigkeiten und eine Verein- fachung des Aufbaus und der Einstellung des Dämpfungsgrades zur Folge hat.
Über die jeweilige Endkappe 31 oder den Verschlussstopfen an der Oberseite ist es möglich, ein bei der Herstellung des Kolbens vorhandenes Spiel aus dem Verformungselement 4 und den Druckeinrichtungen 5 zu nehmen, indem eine Beaufschla- gung des Verformungselementes 4 mit einer Vorspannung erfolgt. Sobald das Spiel aus dem System genommen ist, lässt sich durch eine geringe Verstellung der Druckeinrichtungen 5 eine präzise Einstellung der Anpresskraft gegen die Zylinderwand bewirken. Die Volumenveränderung durch die Druckeinrichtungen 5 erfolgen an einer ersten Stelle des Verformungselementes 4, während die Auswölbung an einer anderen, zweiten Stelle, entfernt von der Krafteinleitungsstelle und in einer anderen Orientierung, in den Ausführungsbeispielen in die entgegengesetzte Richtung erfolgt. Die Dämpfung in dem Zylinder lässt sich durch die Druckeinrichtungen 5 stufenlos einstellen, so dass ein Anpassung an den jeweiligen Nutzer einfach durchzuführen ist.
Die Erfindung nutzt die Formänderung des Verformungselementes 4, das vorzugsweise inkompressibel ist, um eine stufenlos einstellbare Bremskraft zu erzeugen. Das Verformungselement 4 selbst ist verschleißfrei, ein Verschleiß des Kontaktelementes 6 kann durch Nachstellen der Druckeinrichtung 5 ausgeglichen werden.
Der mechanische Druck auf das Verformungselement 4 und damit in dem Verformungselement 4 ist eine skalare Größe, die aufgrund der Beschaffenheit des Materials und der Einbausituation mit definierten Ausweichzonen ohne mechanischen Auf- wand in jede beliebige Richtung und an jede beliebige Stelle gelenkt werden kann. Die Einstellung der Dämpferkraft ist an nahezu jeder beliebigen Stelle des Kolbens möglich, vorzugsweise an einer von außen zugänglichen Stelle.

Claims

Patentansprüche:
1 . Kolben (10) zur Anordnung in einem Dämpfer (1 ) für eine orthopädietechnische Einrichtung mit einem Zylinder (2), in dem der Kolben (10) relativ zu dem Zylinder (2) verlagerbar gelagert ist und einen Grundkörper (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Grundkörper (3) zumindest ein Verformungselement (4) angeordnet ist, dem zumindest eine verlagerbare Druckeinrichtung (5) zugeordnet ist, die zumindest partiell auf das zumindest eine Verformungselement (4) einwirkt, wobei sich das Verformungselement (4) beim Aufbringen einer Druckkraft an einen von der Krafteinleitungsstelle verschiedenen Ort zumindest teilweise nach außen wölbt.
2. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (5) bezogen auf eine Längserstreckung des Kolbens (10) in Axialrichtung oder in radial nach innen orientierter Richtung das Verformungselement (4) mit einer Druckkraft beaufschlagt.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (5) als Schraube oder Aufspreizkörper ausgebildet ist.
4. Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (5) an dem Grundkörper (3) oder in dem Verformungselement (4) festgelegt ist.
5. Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) aus einem formstabilen Werkstoff ausgebildet ist und das Verformungselement (4) zumindest teilweise umgibt.
6. Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (4) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und zumindest einen radial nach außen abstehenden Abschnitt (41 ) aufweist.
Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (4) im nicht verformten Zustand nicht über die Außenkontur des Grundkörpers (3) hinaussteht.
Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (4) in zumindest einer Ausnehmung (34) in dem Grundkörper (3) festgelegt ist.
Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (4) als Kern in dem Grundkörper (3) angeordnet ist.
Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) Öffnungen (35) in Richtung auf den Umfang aufweist, die durch das Verformungselement (4) ausgefüllt sind.
Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des Grundkörpers (3) zumindest ein Kontaktelement (6) angeordnet ist, das über das Verformungselement (4) in Richtung auf den Zylinder (2) verlagerbar ist.
Kolben nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (6) als aufweitbare Abdeckung des Verformungselementes (4) ausgebildet ist.
Kolben nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (6) über eine Scharniereinrichtung (16) an dem Grundkörper (2) verschwenkbar befestigt ist.
Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement zumindest ein elastisches, inkompressibles Material aufweist oder daraus besteht.
15. Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (4) zumindest teilweise aus einem Polymerwerkstoff, insbesondere aus einem TPU hergestellt ist.
6. Dämpfer (1 ) mit einem Zylinder (2) und einem beweglich darin gelagerten Kolben (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
7. Dämpfer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verformungselement (4) und dem Zylinder (2) zumindest ein Kontaktelement (6) angeordnet ist, das über das Verformungselement (4) in Richtung auf den Zylinder (2) verlagerbar ist.
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