专利名称：矫形技术的流体阻尼器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种矫形技术的流体阻尼器和一种具有这样的阻尼器的矫形辅助装置，所述流体阻尼器构造用于假肢或者矫形器，所述流体阻尼器具有构造在缸壳体中的挤压腔、设置在挤压腔中的活塞、流体的流体贮藏部、将挤压腔与流体贮藏部连接的回流管、阀，该阀能够占据开启位置和关闭位置，在关闭位置该阀至少部分地关闭回流管。根据另一方面本发明涉及一种用于控制所述矫形辅助装置的方法。
背景技术：
矫形技术流体阻尼器用在矫形辅助装置中，例如假肢或者矫形器中。这些流体阻尼器用作两个腿部分之间的阻力元件。例如矫形技术的流体阻尼器设置在假腿的大腿和小腿之间并且增大假腿的膝关节的弯曲阻力。极少有人将具有这类矫形技术的流体阻尼器的假腿应用于老龄患者。对于那些肌肉和运动能力很受限制的老龄患者通常使用带锁膝关节。由于成本原因，已知形式的矫形技术的假腿带锁膝关节只有锁定或解锁这两种状态供老龄患者使用。老龄患者优选通过借助锁定器锁定的带锁膝关节行走。已知的矫形技术的带锁关节的缺点在于，这些带锁关节导致患者看起来像跛行地行走，因为患者要外旋(环转)向前迈腿，或者通过踮起脚尖或斜提臀部伸长健康的腿，以便能够自由迈动假腿。老龄患者要用手松开锁定器才能坐下。在这种状态下，假腿没有弯曲阻力，因此无益地也不再有安全性。在这种情况下患者必须双手支撑。此外，如果老龄患者被解锁后的假腿绊住，就会不由自主地跌倒。已知的矫形辅助装置所配备的是常规的矫形技术的锁止器，由于这样的原因很少被老龄患者接受。EP0309441公开了一种双向作用的液压的活塞-缸单元，通过该液压的活塞-缸单元使得波纹套的外部尺寸大致保持预先规定的形状，所述波纹套围住活塞-缸单元的大部分。这种活塞-缸单元的缺点是制造费用高。DE10214357A1公开了一种具有液压阻尼缸的假肢膝关节。在所述假肢膝关节中有一种可通过外部力场改变其粘度的液压液。这种实施方式的缺点在于尽管可以提高行走舒适性，但是需要使用电控制装置，但这对于低价假肢是不合适的。DE19859931A1公开了一种假腿，该假腿同样通过可由外部电场改变其粘度的液压液或强或弱地被阻尼。其缺点是这里控制器是必需的。
发明内容
本发明的任务是，提供一种矫形技术的流体阻尼器，借助该流体阻尼器可制造老年病患者较能接受的矫形辅助装置。本发明通过一种矫形辅助装置来解决该问题，这种矫形辅助装置包括根据本发明的矫形技术流体阻尼器以及具有第一腿部分和第二腿部分的关节，其中，所述第一腿部分与缸壳体连接，第二腿部分与流体阻尼器的活塞连接，并且具有检测作用在关节上的力的装置，以便在超过阈值时使阀进入关闭位置。根据本发明的第二方面，本发明通过用于控制根据本发明的矫形辅助装置的本发明方法解决该问题，该方法具有步骤(a)检测作用在关节或者假肢上的力(关节力)；(b)如此控制阀，使得该阀至少部分地关闭回流管。根据第三方面，本发明通过所述类型的矫形技术流体阻尼器解决该问题，在该流体阻尼器中，在形成环状间隙、尤其是形成确定流量的环状间隙的情况下，活塞至少以一个插入深度安置在挤压腔中。 矫形辅助装置优选包括一用于检测作用在假肢上的负荷的装置，构造该装置使得当关节力超过预先设定的阈值时，所述阀进入关闭位置。该装置例如可以是检测力或者力矩的传感器。但该装置也可以通过纯机械连接形成。该矫形辅助装置优选是假腿，该假腿具有膝关节和用于检测作用在假腿上的负荷的装置。该装置包括假腿轴向力传感器，该假腿轴向力传感器检测在伸直的假腿的纵向方向上作用的假腿轴向力。为了能够特别准确并且灵敏地获知假腿轴向力，优选在假腿的脚的前脚掌中设置前脚掌力传感器和/或在后脚掌中设置后脚掌力传感器。这些传感器与电控制装置连接，该控制装置根据从传感器获得的电信号来控制阀。该假腿轴向力传感器可以构造成假腿的支承元件，该支承元件例如根据假腿的负荷而改变其纵向延伸长度。变换地，该假腿力传感器可以包括电阻应变片。替换电子式测量、分析和致动规定，用于检测关节力的装置机械式构造并且在有负荷时将阀移位到关闭位置。该机械式控制例如能够通过腿部分相互间的相对移位进行，其方式在于，充分利用腿部分相互之间的摆动或者轴向移位并且将所产生的力至少部分地传递给阀用于使阀移位。为此该用于检测关节力的装置可构造成弯折弹簧、弹簧舌片、凸块导向装置、连杆导向装置或者构造成杠杆系统，通过该装置将移位力传递给阀。优选该装置与朝向关闭位置方向预紧的电磁阀连接，使得在开关磁铁移开时自动地关闭阀。由此确保在机械装置失灵时突然增大阻尼，由此确保关节的稳定性。在达到足够大的轴向分力时使腿部分相向移动，由此能够进行开关动作。为此两个腿部分以可受限制地彼此相对移动的方式相互支承，由此在使用机械开关时直接致动阀，而在使用传感器开关时检测位移行程作为要感测的参量，通过该参量触发致动信号。所述位移表明轴向力负荷，例如当假肢使用者站立时，使得能够通过增大阻尼实现站立阶段稳定。可以设置在轴向方向上作用的弹簧反作用于该位移运动，该弹簧可补偿误差并且引起进入初始状态的回位运动。本发明的扩展构造规定，阻尼器和关节共同支承在一框架上或者构成该框架，该框架相对于腿部分之一可移位，尤其是可移动。在该框架与该腿部分之一之间可设置弹簧，该弹簧与腿部分移位方向相反地作用在框架上。该液压阻尼器可构造成单作用或双作用的、构造为缸式阻尼器或者旋转液压装置。除了与轴向力相关地控制外，附加地能够设置，所述装置如此构造使得进行开关元件相对于阀的与摆动角Cp相关的移位，但是优选不仅仅是机械耦合。在根据本发明的方法的范围内，优选如此控制阀使得当假腿轴向力超过预先设定的关闭阈值时至少部分地关闭回流管。为此可以(但并非必须)将关闭阈值明确地例如存储在电控制装置中。也可以使得阀的关闭度单调地或者说连续地与假腿轴向力相关，也就是说，假腿轴向力越大阀关闭程度越大。此外规定，在根据本发明的方案中，该阀与腿部分的位置不相关地转换，即不取决于腿部分如何相互地定位或者在空间中定位，而是仅根据是否存在足够大的轴向力分量。是否在矫形辅助装置中还出现弯曲力矩、扭矩或者水平力则不再重要。另一方案规定， 该阀与腿部分相互之间的角度Cp相关地转换，例如当相对弯曲角在20°到50°之间时。如果在假腿中使用时达到某一确定的弯曲角度，则阻尼自动增大，以确保关节稳定。这里能够如此调整阻尼使得能够缓慢地进一步降低。基于腿部分相互间的移动或者摆动例如机械式转换该阀，其方式是，腿部分相互间的相对运动被传递给阀。根据本发明的流体阻尼器的优点是，该流体阻尼器能够用于制造符合老年病患者需求的矫形辅助装置。当假肢受负载时，对患者提供大的阻尼，该阻尼可避免突然弯曲并允许安全行走。负载时活塞将流体缓慢地从挤压腔经由环状间隙挤压到流体贮藏部中。患者缓慢地在膝关节中沉降，但是始终有被假腿支撑的感觉。不用为此考虑将流体阻尼器解锁。反之当没有负荷或者没有弯曲力施加在假腿膝关节上时，能够使阀进入开启位置并且假腿可以无阻力地迈动。因此不必使假腿外旋地向前迈动或者通过踮起脚尖伸长健康的腿。因此行走看起来更自然。另一优点是，根据本发明的流体阻尼器能够以简单的技术手段制造。对于常规的流体阻尼器必须保证活塞和挤压腔之间的良好密封作用。这种类型的密封是成本高而且费用高的。因为根据本发明设置有环状间隙，所以能够在活塞和缸壳体的制造过程中规定明显减小的制造误差，这使得制造简单并且成本低。此外，由于可承受的较小制造误差，也能够使用成本有利的具有小弹性模量的材料制造缸壳体和/或活塞，例如塑料。对于常规的流体阻尼器，还必须在机械负荷下保证活塞与挤压腔之间的密封性。为了避免在机械负荷下损害密封性的间隙，必须使用具有高弹性模量的材料，例如金属。在根据本发明的流体阻尼器中则不省去这样的必要性。在本说明书的范围内环形间隙特别是理解为挤压腔内侧与活塞外侧之间的中间空间。该环形间隙可以、但不必要具有圆环形横截面。活塞可以局部地贴靠在内壁上，因此该环形间隙的横截面呈半月形。另一可能性是，活塞在宽的区域内贴靠在内壁上并且具有纵向槽，流体可以经由这些纵向槽从挤压腔进入流体贮藏部中。在已知的流体阻尼器中仅由于制造误差而产生环状间隙，与已知的流体阻尼器不同，在根据本发明的流体阻尼器中这样制造活塞使得活塞与缸壳体形成具有预先设定的横截面积的环状间隙或者说使得流体在流过环状间隙时遭受预先设定的流体阻力。换句话说，在已知的流体阻尼器中活塞和缸壳体构成一种密封的配合，相反在根据本发明的流体阻尼器中形成宽松的间隙配合。因此在已知的流体阻尼器中最多产生泄漏流，而不是如在根据本发明的流体阻尼器中那样产生阻尼流体流。可以(但并非必须)使得活塞与缸壳体在垂直于活塞纵轴线的所有横截面中形成相同横截面积的环状间隙。在一种优选的实施方式中，阀导致对活塞在挤压腔内的运动的阻尼，其中，该阻尼仅在活塞的一个运动方向上作用，例如在活塞进入缸壳体中的插入方向上。当用在矫形辅助装置中时通常有必要、但也充分地在插入方向上阻尼矫形辅助装置的关节的两个腿部分的运动。如果矫形技术流体阻尼器被安装到假腿中，则涉及的是弯曲方向(屈曲方向)。为了实现这一特征，该阀例如可以是简单而且成本低廉的止回阀。当流体沿着从挤压腔经由环状间隙进入流体贮藏部中的流体路径流动时遭受环状间隙流体阻力，当沿着从挤压腔经由回流管进入流体贮藏部中的流体路径流动时遭受回流流体阻力。优选规定，该环状间隙具有如此大地确定尺寸的形状和/或横截面积使得当阀处在关闭位置时环状间隙流体阻力小于回流流体阻力。这就是说，在阀关闭的情况下当活塞向挤压腔中滑入时，经由环状间隙进入流体贮藏部中的流体多于经由回流管的流体。特别优选如此构造阀和环状间隙，使得当阀处于关闭位置并且活塞进入到挤压腔中时，基本上全部流体从挤压腔经由环状间隙流入流体贮藏部中。对于“基本上全部流体以所述方式流动”的特征，可以理解为，并非必须在严格意义上全部流体流经环状间隙。而是可以有少量分流经该阀流过。该分流例如小于总流量的15%。特别优选该流体是液压液。该液压液可以是油，例如矿物油，但也可以例如是水。原则上也可以使用空气。如果液压液的粘度与磁场和/或电场无关，则是有益的。对此可以理解为，当施加
0.1特斯拉(Tesla)的磁场时，粘度变化尤其小于50 %。该液压液尤其不含磁性颗粒。这类液压液是特别成本有利的。如果缸壳体和/或活塞由塑料制造，特别是压铸，就能获得可特别简单且成本有利地制造的流体阻尼器。另一有利的构造包括具有注塑到或者说埋入到塑料中的金属套筒的缸壳体。这里该金属套筒构成缸。这种组合减小缸在压力下的变形。为了避免缸的交替变形，可以从外侧用纤维复合材料包围缸壳体。由此有利地允许成本有利地批量生产简单的矫形辅助装置，这使得该矫形辅助装置也可供低收入国家的患者使用。在使用中，流体阻尼器的活塞经常插入到挤压腔中并且从中拉出。换句话说，活塞的插入深度、也就是活塞插入挤压腔中的那段长度不断地改变。流体阻尼器用来抵抗活塞进一步插入挤压腔中的阻尼有利方式地由此改变该活塞具有轮廓化的构型。例如该活塞可以呈圆锥形,其中，该活塞的横截面例如随着插入深度的增大而变大。在这种情况下，流体阻尼器抵抗活塞进一步插入挤压腔中的阻力随着插入深度而提高。在假腿安装后这导致，在患者的坐下动作快要结束时膝关节的弯曲受到特别强的阻尼。此外，活塞的直径可以随着插入深度增大而减小。此外，活塞可以凸形地或凹形地构造。所述的所有形状也可以分段式地存在，使得活塞例如能够具有一个圆锥形区段和一个圆柱形区段。此外，变换地或者补充地，挤压腔具有轮廓化的构型，对此可理解为，挤压腔的内壁可以如上面所述圆锥形地、凸形地、凹形地和/或区段式缸形地构造。如果流体贮藏部构造得用于始终基本上无压力地储存流体，那么得到可特别简单地制造的流体阻尼器。此外，以这种方式大大地避免流体损失。流体贮藏部特别优选是波纹套。这种类型的波纹套非常容易制造。活塞具有可伸入到缸壳体中的插入段和不能伸入到缸壳体中的自由段。优选规定，波纹套固定在缸壳体和该自由段上。以这种方式可靠地固定波纹套，并且能够容易地为了维护目的更换波纹套。但原则上也可以在压力下储存流体。通过波纹套形成的流体贮藏部就机械作用而言是危险的，因此优选通过套筒、尤其是塑料套筒包围流体贮藏部，所述套筒优选具有至少一个压力平衡孔，使得波纹套可以伸展，或者一个膜片能够可变地构成一接收容积。矫形技术流体阻尼器优选具有设置在缸壳体外部的磁铁用于操纵阀，其中，该阀借助该磁铁可从开启位置进入关闭位置。通过磁铁的开关也可以使用在其它的流体阻尼器类型中，在这些流体阻尼器类型中不存在环形间隙或者这些流体阻尼器是双作用的或者构造成旋转液压装置。这例如由此实现该磁铁是电磁铁，该电磁铁与阀的铁磁性阀球协同作用。这例如由此发生电磁铁的通电使阀球如此运动，使得阀进入开启位置或者变换地进入关闭位置。变换地规定，该磁铁是永久磁铁，该永久磁铁通过中置在缸壳体外部的促动器或者机械的耦合装置可移动地、可自动地操纵地支承，并且与阀球协同作用。此外，根据本发明，在该类型矫形技术流体阻尼器中，缸壳体和/或活塞由塑料制成，特别是压铸。这种流体阻尼器优选具有权利要求23特征部分的特征和/或具有以上所述的一个或多个特征。然后可以规定，活塞通过密封装置，例如0形密封圈支承在挤压腔中。在这种情况下，除了回流管外可以设置将流体贮藏部与挤压腔连接的另一管路。
下面根据图详细解释本发明的实施方式。在附图中相同的附图标记表示相同的或者作用相同的部件或元件。其中示出附图1a根据本发明的矫形技术流体阻尼器的横截面图，其中活塞以小的插入深度插入到挤压腔中，附图1b附图1a示出的流体阻尼器，其中活塞基本上完全插入到挤压腔中，附图2a附图1a和Ib示出的流体阻尼器的阀在关闭位置的细节剖面示意图，附图2b附图2a示出的阀在开启位置，附图3a根据本发明的矫形技术流体阻尼器的另一实施方式的阀的剖视图，具有在其中安装有旁通阀的旁通管，该旁通阀是关闭的，附图3b附图3a示出的阀在开启位置，附图4a根据本发明的矫形技术流体阻尼器的另一实施方式的阀的剖视图，具有电磁铁，处于未通电的状态，附图4b附图4a示出的阀在通电状态，附图5假腿形式的根据本发明的矫形辅助装置，图中示出伸展的位置，附图6附图5示出的假腿在弯曲位置中，附图7a腿力传感器的第一实施方式，附图7b腿力传感器的一种变换的实施方式，附图7c腿力传感器的另一种替换实施方式，附图8a、8b流体阻尼器的一种实施方案在两个位置中，附图9a、9b流体阻尼器的另一种实施方案在不同位置中，附图10a、10b假腿在卸荷和有负荷状态下，以及附图11假腿的一种实施方案，具有与角度相关的液压回路。
具体实施例方式附图1a示出一 种矫形技术的流体阻尼器10，该流体阻尼器包括由塑料制成的缸壳体12，该缸壳体具有在其中构造的挤压腔14 ;支承在挤压腔14中的由塑料制成的活塞16 ;由弹性体制成的波纹套18形式的、用于液压液20形式的流体的流体贮藏部；在缸壳体12中构造的回流管22 ;阀24。该活塞16圆柱形地构造并且在形成环状间隙26的情况下支承在缸壳体12中。在附图1a中在关闭位置示意示出的阀24包括阀座32、阀球34和将阀球34预紧在阀座32上的螺旋弹簧36。变换地，缸壳体12和活塞16也能够由铝或者不锈钢制成，或者包括嵌入到塑料中的或者以塑料注塑包封的、作为滑动衬套的金属套筒。活塞16留存在缸壳体12中的一段代表插入深度T。当活塞16继续插入到缸壳体12中使得插入深度T变大时，就会将挤压腔14中的液压液20经由环状间隙26沿着环状间隙流体路径28挤压到波纹套18中，因为经由回流管的回流管流体路径30被阀24阻断。 液压液20沿着环状间隙流体路径28遭受环状间隙流体阻力，该环状间隙流体阻力与活塞16插入到缸壳体12中的速度有关。所述速度又与插入力Fe有关，活塞16以该力插入。由此活塞16进入缸壳体12中的运动通过环状间隙流体阻力被阻尼。附图1b示出基本上完全插入到挤压腔14中的活塞16，该活塞在拉力Fa的作用下从挤压腔14向外拉出。液压液20从波纹套18沿着回流路径38经由阀24流入挤压腔14。所述阀24构造为止回阀并且使得液压液20在该方向能够自由通过。此外，附图1b示出活塞16的插入段E以及不能插入到缸壳体12中的自由段A。波纹套18 —端固定在活塞16的背离缸壳体12的端部40上并且因此固定在自由段A中，而另一端在固定在缸壳体12的朝向端部40的端面42上。波纹套例如被粘接上、焊接上或者该波纹套分别嵌入活塞16中或者缸壳体12中没有绘出的槽中。附图2a示出缸壳体12的背离活塞16的端部的详细示图，可以看出，可通过促动器操纵阀球34，该促动器包括推杆44、促动器膜片46和促动器基体48。在附图2a示出的未操纵状态下，阀球34支承在阀座32上，阻止流体从挤压腔14流入到回流管22中。相反液压液20能够沿着回流路径38流动，其方式在于，该液压液逆着螺旋弹簧36的力将阀球34从阀座32上抬起。附图2b示出在操纵位置中的促动器，在该操纵位置中推杆44已经使阀球34压离阀座32。在该操纵位置中该液压液不仅能够沿着回流路径38而且也能够在反方向上通过阀24。附图3a示出流体阻尼器10的一种变换的实施方式，所述流体阻尼器除了具有回流管22外还具有旁通管50，该旁通管同样将挤压腔14与附图3a中没有绘出的波纹套18连接。在这种实施方式中环状间隙26不是必需的。在旁通管50中设置旁通阀52，该旁通阀能够完全地或者部分地关闭旁通管50，使得可调节形成确定的流体阻力。如果从缸壳体12中拉出活塞16，液压液20就可以沿着回流路径38经由回流管22流入到挤压腔14中。如果活塞16插入到挤压腔14中，在附图3a示出的情况下液压液20经由环状间隙26被挤压到波纹套中(参见附图la)。相反旁通管流体路径54通过关闭的旁通阀52阻断并且回流管22被阀24关闭。附图3b示出旁通阀52开启的情况，使得当活塞16插入挤压腔14中时，液压液能够沿着旁通管流体路径54流动。附图4a不出安置在缸壳体12外部的、作用在铁磁性的阀球34上的电磁铁56。附图4a电磁铁56没有通电，阀球34被螺旋弹簧36压在阀座32上。附图4b示出电磁铁56被通电并且阀球34从阀座32抬起的情况。该电磁铁56能够部分地或者完全地环形围绕缸壳体12，以便能够特别有效地与阀球34协同作用。变换地，设置与促动器可移动地耦合的永久磁铁。永久磁铁借助促动器的运动导致阀球34运动。附图5示出根据本发明的呈假腿58形式的矫形辅助装置，该辅助装置包括根据本发明的流体阻尼器10、具有近侧大腿端部62和远侧大腿端部64的大腿60以及具有近侧小腿端部68和远侧小腿端部70的小腿66。大腿60和小腿66在膝关节72中相互连接并且在伸展位置中沿纵向L延伸。流体阻尼器10以其活塞16与远侧大腿端部64连接并且以其缸壳体12与近侧小腿端部68连接，并且导致对大腿60相对于小腿66以摆动角Cp摆动运动的阻尼。当大腿60相对于小腿66摆动时，在活塞16上产生插入力Fe并且出现上面所述的阻尼作用。 假腿58具有前脚掌74和后脚掌76。在前脚掌74上安装有用于测量前脚掌力Fv的前脚掌力传感器78，在后脚掌上安装有用于检测后脚掌力Ff的后脚掌力传感器80。这两个传感器通过没有绘出的电导线与电控制装置82连接，该控制装置是流体阻尼器10的部件。电控制装置82还与假腿力传感器84连接。构造前脚掌力传感器78、后脚掌力传感器80和假腿力传感器84用于获知从近侧大腿端部82延伸至远侧小腿端部70的假腿轴向力Fb。电控制装置82检测假腿轴向力Fb，将其与储存在电控制装置82的电存储器中的关闭阈值或者打开阈值进行比较，然后根据比较结果例如控制电磁铁56(参见附图4b)。如果例如假腿轴向力Fb超过预先设定的关闭阈值，那么这是一个信号患者向假腿58施加负荷，因此需要高的弯曲阻力。然后电控制装置82就会使电磁铁56断电，从而阻断液压液20的回流管流体路径30 (参见附图1a)，必须使用大的插入力Fe将活塞16插入到缸壳体12中。由此假腿58具有高的弯曲阻力并且在站立时给患者提供高的安全性。此外在站立时假腿58确保几何形状，因为负荷的负荷线在膝关节72前面延伸并且因此假腿58不弯曲。当施加在前脚掌力传感器78上的力明显大于后脚掌力传感器80上的力时，那么这是患者想要坐下的信号，电声控器82同样关闭阀24。这种情况在附图6示出。但是如果假腿轴向力Fb是小的，那么假腿56卸荷，电控制装置82给电磁铁56通电，使得液压液也能够通过回流管流体路径30流动(参见附图1a)。然后小腿66 (附图5)能够相对大腿60自由摆动。附图7a示出具有套筒86的假腿力传感器84的一种实施方式，测量活塞88可以克服由粘接缝中的填料90施加的阻力插入该套筒中。假腿力传感器84包括用于获知测量活塞88相对于套筒86的相对位置的器件，所述相对位置与大腿轴向力Fb成正比。附图7b示出假腿力传感器84的一种变换的实施方式，在该假腿力传感器中，两个L形的测量元件92a、92b通过弹性元件94连接。假腿力传感器84还包括一个没有绘出的用于获知两个测量元件92a、92b相互间的相对位置的器件，所述相对位置表示作用的假腿轴向力Fb的尺度。附图7c示出假腿力传感器84的另一变换的实施方式，所述假腿力传感器与在附图7b中示出的假腿力传感器的区别在于，两个测量元件92a、92b通过两个连接条96a、96b连接。
在附图8a和8b中示出流体阻尼器10，所述流体阻尼器基本上相当于附图1a和Ib示出的流体阻尼器。替代打开的并且允许液压液从挤压腔14回流到波纹套18的流体贮藏部中的环状间隙26，在根据附图8a和Sb的方案中环状间隙26通过密封装置29封闭。液压液20并非如附图1a和Ib示出的实施方式经由环状流体路径28、而是经由回流管22a从挤压腔14流出，从而形成回流管流体路径28a。在回流管22a内部设置有阀25，该阀优选构造成电磁阀并且回流管22a能够可变地改变其横截面。阀25开启得越大，液压液20能够越容易地从挤压腔14回流到波纹套18的流体贮藏部中；阀25越是挤压液流横截面，则阻碍活塞16进入的阻力就越大。通过增大插入力Fe则提高假腿膝关节中的弯曲阻力。除了可将阀25构型成电磁阀外，也可以设置其它的阀结构，尤其是能够快速地并且方便地改变回流管22a中的流动横截面的伺服阀。
在示出的实施例中通过波纹套18内部的容积构成流体贮藏部，而流体阻尼器10构造为可线性运动的液压阻尼器。流体贮藏部也能够以变换的构型构造，特别是该流体贮藏部也能够通过压力加载，使得可以克服压力(该压力也可以是可变的)将液压液压入流体贮藏部中或者从其中压出。除了将流体阻尼器10构造成直线式活塞阻尼器外，也可以将其构造成旋转液压装置，在该旋转液压装置中摆动活塞来回摆动地运动。在活塞的两侧形成的挤压腔则构成经过壳体流动的液压流体的相应的流体贮藏部。附图9a和9b示出流体阻尼器10的一种方案。附图9a示出流体阻尼器10处于伸出位置，附图9b示出处于伸入位置。根据附图9a和9b示出的液压阻尼器具有设置在壳体12的活塞侧端部上的形状稳定的保护罩13，替代了如在根据附图1、5、6和8的实施例中那样构造的弹性波纹套18。设置膜片15替代波纹套18，所述膜片弹性地构造并且能够在保护罩13内部朝向壳体12方向移位。所述膜片15密封地包围环状间隙19，使得在膜片15和壳体12之间形成流体贮藏部19。附图9a示出活塞16处于伸出位置，使得液压液被积聚在挤压腔14中。通过膜片15朝向壳体12方向的移位使得流体贮藏部19占据最小的容积。由此在膜片15的朝向保护罩13的一侧产生平衡容积17，该平衡容积能够通过保护罩13中的没有示出的孔或者压力平衡孔充注以空气。当活塞如附图9b所示伸入时，就需要流体贮藏部19内部的更大的容积，使得膜片15被向外朝保护罩13的方向挤压。从保护罩13中压出平衡容积17中的空气，由此流体贮藏部19的容积变大。在示出的实施例中，流体贮藏部19通过回流管22与液压液回路连接，原则上也能够通过设置有阀25的回流管22a设置相应的连接。除了如在示出实施例中示出的在一侧作用的活塞16外，同样也可以设置在两侧作用的活塞16并且用在液压阻尼器10中。保护罩13尤其是用于确保对膜片15的机械保护，该膜片承担波纹套18的功能。附图1Oa和IOb示出假腿的各种不同的负荷状况。附图1Oa示出在卸荷状况下的假腿58。大腿部件60具有膝关节72和安装在该膝关节上的流体阻尼器10，该大腿部件60通过安装在远侧端部上的弹性元件弹性地、相对于小腿66可移动地支承。在大腿筒60和小腿筒66之间规定间隙S，该间隙在附图10中具有最大的伸展Sa。现在如果在小腿66上施加轴向力，弹簧元件100就会压缩，如附图1Ob所示。弹簧元件100在示出的实施例中构造成圆柱形的弹簧元件，在附图1Ob中最大程度地压缩到其压实长度。间隙S现在最小并且在附图1Ob中以附图标记Sb标记。&和Sb之差就是位移行程，该位移行程基本上相当于弹簧100或者弹簧元件100的弹簧行程。通过压缩弹簧元件100在流体阻尼器10和小腿66之间产生相对运动，可以充分利用这种相对运动来产生用于切换阀的传感器信号，或者来直接地、机械式地切换阀。弹簧100还可引起轻微的踩地阻尼，其中，由于相对短的弹簧行程假肢佩带者不会有不安全感。当轴向负荷时，即在患者踩地或者站立时，使切换这样进行在流体阻尼器10中调整较高的液压阻力，以给予患者尽可能高的安全感，而在卸荷状态，例如当坐下时，不必进行膝关节的费事的机械的解锁。在根据附图1Oa的卸荷状态下，可以进行围绕膝关节72的旋转轴线73的摆动；在附图1Ob示出的负荷状态下，阻力显著提高，在理想情况下液压式锁定，从而不破坏机械部件就不能弯曲。这里选择将弹簧元件100非常深地设置在小腿66内部，使得力导入点尽可能相互远离地布置，从而减小机械部件上的负荷。流体阻尼器10的切换与施加在小腿66上的作用力的方向无关地进行，在高于轴向力分量的阈值之后，或者通过传感器触发切换，或者通过机械装置例如电磁阀14、25来触发该切换。如果例如根据附图8a和Sb示出的流体阻尼器10安装在假腿58中，在该流体阻尼器中该阀25构造成电磁阀，那么可通过相对电磁阀25移动开关磁铁进行直接切换。这里所述电磁阀25在朝向关闭位置的方向被预紧，使得去除反向力后通过开关磁铁自动关闭 电磁阀25。如果开关磁铁设置在小腿66中并且使弹簧元件100压缩，那么流体阻尼器10的壳体12相对于小腿66移动并且由此电磁阀25相对于开关磁铁移动。如果小腿66足够大地承受负荷，那么开关磁铁就会这种程度地离开电磁阀25使得开关力不超过预紧力，从而使得电磁阀25关闭。当小腿66卸荷时，壳体12通过弹簧100的回位力移动到根据附图10的初始位置，电磁阀25开启。由此减小阻尼，因为液压液20可以从挤压腔14几乎无阻碍地流入波纹套18的流体贮藏部中。在根据附图1Oa和IOb的实施例中流体阻尼器10具有波纹套；变换地，也可使用根据附图9a和9b的流体阻尼器，具有罩13作为波纹套18或者膜片15的机械保护。但原则上根据附图1a和Ib的流体阻尼器10也是可行的，并且规定，根据附图1a和Ib的流体阻尼器设置有用于防止波纹套18受损的保护罩13。替换电磁阀，也能够通过弯折弹簧、滑槽导向机构或者杠杆装置来促动阀。替换附图示出的弹簧元件实施方式，也可以设置允许大腿60或大腿筒60与小腿66相互之间相对运动的其它可伸缩装置和弹簧元件。在附图1Oa和IOb示出的实施例中，膝关节72与流体阻尼器10和没有详细示出的牵杆共同构成一种框架并且安装在大腿或者大腿筒60上，使得这些部件能够一起相对于小腿66移位。不是必须在小腿66中设置弹簧元件100，原则上也可以在小腿66和阻尼器10之间实现其它的相对移位。在附图11中示意地示出本发明一种方案。大腿筒60通过膝关节72的旋转轴线73与小腿66可摆动地连接。小腿66具有壳体166，其中安装有液压阻尼器10以及杆150。杆150在其近侧端部具有旋转轴线73，在其远侧端部位承载弹簧元件100。壳体12的远侧端部同样支承在该杆150上。活塞16的近侧端部设置在大腿筒60或者大腿60上。在壳体166内部设置有朝向阻尼器壳体12突出的凸块130。开关磁铁110通过弹簧舌片120弹性地支承在壳体12上。开关磁铁110位于电磁阀25对面。在壳体166内部同样设置用于杆150的轴向导向装置140，通过该导向装置保证杆150仅轴向运动，从而避免杆150以及由此膝关节72和大腿60或者大腿筒60相对于小腿66侧向移位。如果在小腿66上施加轴向力，该轴向力在朝向旋转轴线73方向上具有足够大的力分量，弹簧元件100就会压缩，使得弹簧舌片120相对于凸块130移位。由于弹簧舌片120的弯曲的形状，当向远端方向的轴向移位增大时，压力减小，使得开关磁铁110由于弹簧舌片120的回位力而更多地远离电磁阀25。一旦开关磁铁110离电磁阀25足够远，电磁阀25就会瞬间关闭并且阻尼突然增大。也可使用相同的机构用于与角度相关地控制阻尼力。如果大腿60或者大腿筒60围绕旋转轴线73摆动，活塞16在大腿筒60上的的支承点就会进行既有垂直分量又有水平分量的圆周运动。通过活塞16的水平移位以及由此产生的壳体12水平移位，开关凸块130远离弹簧舌片120，使得在大腿60相对于小腿66的摆动角(P增大时电磁阀25被激活，其方式是，开关磁铁110远离壳体12地移位。示出的实施方式的优点在于当控制器失灵时，例如当弹簧舌片120断裂或者出现意外的轴向移动时，阻尼瞬间增大，从而使膝关节72保持稳定。这对老龄患者特别重要，以便获得安全的感觉。除了阀25的磁性致动外，也能够进行其它的机械耦合，例如通过凸块、连杆导向机构或者杠杆装置，它们在轴向移位足够的情况下或者在足够弯曲的情况下关闭阀。弹簧元件100构造为弹簧块，该弹簧块除了提供大腿筒60和小腿筒66之间的位移行程外，也用于吸收横向力，从而避免在关节72或者假肢58内部可能出现的间隙。该块状弹簧100可以吸收横向力并且提供一定的踩地阻尼，其中，通过弹簧100同时可以调整轴向位移行程的止档和限界。到目前为止在老龄患者的膝关节中安装流体阻尼器被视为费事的，但是已经证实这些流体阻尼器能特别好地适用，因为这些流体阻尼器没有在其它机械式锁定装置或者制动装置上出现的粘滑(Stick-Slip)效应。除了示出的机械地切换阀25外，同样也可以电子地检测移位或者轴向力并且通过促动器来相应地致动阀。与角度相关的控制从一较小的弯曲角度起对关节70施加相对高的阻力，以便相对早地提供高的阻尼和站立期间的稳定性。阀25关闭并且提供增大的阻力时的开关阈值可调整，该开关阈值优选处于20°到50°的弯曲角度之间。在20° 50°的角度范围内在流体阻尼器内部从相对小的阻力转换到大的阻力。附图标记清单10流体阻尼器 12缸壳体13保护罩14挤压腔15 膜片16 活塞17自由容积18波纹套19流体贮藏部20液压液22回流管22a回流管24 阀25 阀
26环状间隙28环状间隙流体路径28a流体路径回流29密封装置30回流管流体路径 32 阀座34 阀球36螺旋弹簧38回流路径40 端部42 端面44 推杆46促动器膜片48促动器基体50旁通管52旁通阀54旁通管流体路径56电磁铁58 假腿60 大腿62近侧大腿端部64远侧大腿端部66 小腿68近侧小腿端部70远侧小腿端部72膝关节73旋转轴线74前脚掌76后脚掌78前脚掌力传感器80后脚掌力传感器82电控制装置84假腿轴向力传感器86 套筒88测量活塞90 填料92a, b测量元件94弹性元件96a, b 连接条
100弹性元件110 磁铁120 弹簧130 凸块140导向装置150 杆
I66 壳体
T插入深度Fe插入力Fa拉出力Fb假腿轴向力Fv前脚掌力Ff脚跟力E插入段A自由段L纵向角Cp摆动角S位移行程
权利要求
1.矫形辅助装置，特别是假肢(58)或者矫形器，具有矫形技术的流体阻尼器(10)，该流体阻尼器具有(a)构造在壳体(12)中的挤压腔(14)，(b)支承在挤压腔(14)中的活塞(16)，(c)用于流体(20)的流体贮藏部(18，19)，(d)将挤压腔(14)与流体贮藏部(18，19)连接的回流管(22，22a)，以及(e)阀(24，25)，该阀能够占据开启位置和关闭位置，在关闭位置该阀至少部分地关闭回流管(22，22a)，该矫形辅助装置还具有(f)关节(72)，该关节具有第一腿部分￠0)和第二腿部分(66)，其中，所述第一腿部分 (60)与壳体(12)连接，第二腿部分￠6)与活塞(16)连接，其特征在于，(g)具有用于检测作用在关节上的关节力(Fb)的装置(84)，该装置构造用于当关节力(Fb)超过预先设定的阈值时使阀(24，25)进入关闭位置。
2.根据权利要求1(f)所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述矫形辅助装置是具有膝关节(72)的假腿(58)，并且所述用于检测作用在膝关节(72)上的关节力的装置是用于检测作用在假腿(58)的纵向(L)上的假腿轴向力的假腿轴向力传感器(84)。
3.根据权利要求2所述的矫形辅助装置，其特征在于，具有电控制装置(82)，该电控制装置与所述假腿轴向力传感器(84)电连接并且构造用于所述阀(24，25)的电控制。
4.根据权利要求2所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述假腿轴向力传感器(84)包括安置在前脚掌(74)中的前脚掌力传感器(78)。
5.根据权利要求3或4所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述假腿轴向力传感器 (84)包括安置在后脚掌(76)中的后脚掌力传感器(80)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述假腿轴向力传感器(84)是假肢(58)的承载元件。
7.根据权利要求1所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述用于检测关节力的装置 (84)机械式构造并且在有负荷时将阀(24，25)移位到关闭位置。
8.根据权利要求7所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述用于检测关节力的装置 (84)被构造成弯折弹簧、弹簧(120)、凸块导向机构、连杆导向机构或者杠杆系统。
9.根据权利要求7或8所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述装置(84)与电磁阀 (24，25)耦合。
10.根据上述权利要求中任一项所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述两个腿部分 (60，66)以彼此相对可受限地移动的方式相互支承。
11.根据上述权利要求中任一项所述的矫形辅助装置，其特征在于，在一个腿部分 (66)上设置有在轴向上作用的弹簧(100)，该弹簧逆着腿部分(60，66)的相向移位起作用。
12.根据上述权利要求中任一项所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述阻尼器(10) 和所述关节(72)共同支承在一框架(150，60，10)上或者构成该框架，该框架可相对于腿部分(66)之一移位,尤其是移动。
13.根据权利要求12所述的矫形辅助装置，其特征在于，在所述框架(150，60，10)和所述腿部分￠6)之一之间设置有弹簧(100)，该弹簧抵抗腿部分￠6)的移位作用在框架 (150,60,10)上。
14.根据上述权利要求中任一项所述的矫形辅助装置，其特征在于，所述液压阻尼器(10)被构造成缸式液压装置或者旋转液压装置。
15.根据权利要求7至9中任一项所述的矫形辅助装置，其特征在于，如此构造所述装置(84)，使得开关元件(110)相对于阀(24，25)进行与摆动角φ相关的移位。
16.用于控制根据上述权利要求中任一项所述的矫形辅助装置(58)的方法，具有步骤(a)检测作用在所述关节(72)上的关节力(Fb)，和(b)如此控制所述阀(24，25)，使得所述阀至少部分地关闭回流管(22，22a)。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述关节是膝关节(72)，并且检测在假腿(58)的纵向(L)上作用的假腿轴向力(Fb)作为关节力。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，如此控制所述阀(24，25)，使得当所述假腿轴向力(Fb)高于预先设定的关闭阈值时，该阀至少部分地关闭回流管(22，22a)。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，如此控制所述阀(24， 25)，使得在假腿轴向力(Fb)低于预先设定的打开阈值时，该阀打开回流管(22，22a)。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，与所述腿部分(60，66) 的位置无关地转换所述阀(24，25)。
21.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，与所述腿部分(60，66) 的所述角度Φ相关地转换所述阀(24，25)。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，其特征在于，机械式地转换所述阀 (24，25)，其方式是，将所述腿部分(60，66)之间的相对运动传递给该阀(24，25)。
23.矫形技术的流体阻尼器，该流体阻尼器被构造用于在根据权利要求1至15所述的假肢(58)或者矫形器中使用，该流体阻尼器具有(a)构造在壳体(12)中的挤压腔(14)，(b)支承在挤压腔(14)中的活塞(16)，(c)用于流体(20)的流体贮藏部(18)，(d)回流管(22)，该回流管将挤压腔(14)与流体贮藏部(18)连接，以及(e)阀(24)，该阀能够占据开启位置和关闭位置，在关闭位置该阀至少部分地关闭回流管(22)，其特征在于，所述活塞(16)在形成环状间隙(26)的情况下支承在挤压腔(14)中。
24.根据权利要求23所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述阀(24)导致对活塞(16)在挤压腔(14)中的运动的阻尼，其中，该阻尼基本上仅在活塞(16)的一个运动方向上起作用。
25.根据权利要求23或24所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述流体(20) 沿着从挤压腔(14)经由环状间隙(26)进入流体贮藏部(18)的流体路径(28)遭受环状间隙流体阻力，并且沿着从挤压腔(14)经由回流管(22)进入流体贮藏部(18)的流体路径(30)遭受回流流体阻力，其中，所述环状间隙(26)具有如此大地确定尺寸的横截面积使得阀(24)处在关闭位置时环状间隙流体阻力小于回流流体阻力。
26.根据权利要求25所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，如此构造阀(24)和环状间隙(26)，使得当阀(24)处在关闭位置并且活塞(16)向挤压腔(14)中移入时，基本上全部流体(20)从挤压腔(14)经由环状间隙(26)流入流体贮藏部(18)中。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述流体是一种液压液(20)，其粘度基本上与磁场和/或电场无关。
28.根据权利要求23至27中任一项所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，缸壳体(12)和/或活塞(16)由塑料制成，尤其是压铸。
29.根据权利要求23至28中任一项所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述活塞(16)具有轮廓化的构型。
30.根据权利要求23至29中任一项所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，挤压腔(14)具有轮廓化的构型。
31.根据权利要求23至30中任一项所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述流体贮藏部(18)构造用于始终基本上无压力地储存流体(20)。
32.根据权利要求31所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述流体贮藏部是波纹套(18)。
33.根据权利要求32所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述流体贮藏部(18)被套筒(13)、尤其是塑料套筒包围。
34.根据权利要求33所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述套筒(13)具有至少一个压力平衡孔。
35.根据权利要求31所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，-所述活塞(16)具有能够伸入到缸壳体(12)中的插入段(E)以及不能伸入到缸壳体 (12)中的自由段(A)，并且-波纹套(18)固定在该缸壳体(12)和该自由段(A)上。
36.根据权利要求23至35中任一项所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，-所述流体阻尼器包括设置在缸壳体(12)外部的磁铁(56)，并且-所述阀(24)借助该磁铁(56)能够从开启位置进入关闭位置并且能够相反地从关闭位置进入开启位置。
37.根据权利要求36所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述磁铁是与阀 (24)的阀球(34)协同作用的电磁铁(56)。
38.根据权利要求36所述的矫形技术的流体阻尼器，其特征在于，所述磁铁是可通过设置在缸壳体(12)外部的促动器移动地支承的永久磁铁，该永久磁铁与阀(24)的阀球 (34)协同作用。
全文摘要
本发明涉及一种矫形辅助装置，尤其是假肢(58)或者矫形器，具有矫形技术的流体阻尼器(10)，所述流体阻尼器具有构造在壳体(12)中的挤压腔(14)、设置在挤压腔(14)中的活塞(16)、流体(20)的流体贮藏部、将挤压腔(14)与流体贮藏部连接的回流管(22)、阀(24)，该阀能够占据开启位置和关闭位置，在关闭位置该阀至少部分地关闭回流管(22)、并且具有关节(72)，该关节具有第一腿部分(60)和第二腿部分(66)，并且第一腿部分(60)与壳体(12)连接，第二腿部分(66)与活塞(16)连接。此外设置了用于检测作用于关节的关节力(FB)的装置(84)，该装置构造用于当关节力(FB)超过预先设定的阈值时使阀(24)进入关闭位置。本发明同样也涉及一种对矫形辅助装置以及安装在其中的流体阻尼器(10)进行控制的方法。
文档编号A61F2/68GK103002836SQ200880132866
公开日2013年3月27日 申请日期2008年7月9日 优先权日2007年7月9日
发明者M·普施, J·诺尔特曼, T·凯蒂威格 申请人:奥托·博克保健有限公司