Pneumatische Antriebsvorrichtung

Abstract

 Offenbart wird eine pneumatische Antriebvorrichtung mit einem zylindrischen Gehäuse (2), in dem ein Kolbenelement (4,6,8) axial verschieblich geführt ist, wobei das Kolbenelement endseitig einen vorderen Kolben (4) und einen hinteren Kolben (6) aufweist, die durch ein Verbindungsrohr (8) miteinander verbunden sind, einem in dem Gehäuse (2) zwischen den Kolben (4,6) gelagerten Umschaltelement (10), welches mit dem vorderen Kolben (4) eine veränderliche vordere Kammer (14) und mit dem hinteren Kolben (6) eine veränderliche hintere Kammer definiert (16), und zwei im Gehäuse (2) gebildeten, druckbeaufschlagbaren Einlaßöffnungen (18,20), die mit der vorderen bzw. hinteren Kammer (14,16) verbindbar sind, wobei das Umschaltelement (10) in einer ersten Position die Einlaßöffnung (20) zur hinteren Kammer (16) freigibt, so daß der hintere Kolben (6) axial auswärts und der vordere Kolben (4) axial einwärts wandert, und in einer zweiten Position die Einlaßöffnung (18) zur vorderen Kammer (14) freigibt, so daß der vordere Kolben (4) axial auswärts und der hintere Kolben (6) axial einwärts wandert, wobei die einwärts bewegten Kolben (4,6) das Umschaltelement (10) zwischen den beiden Positionen umstellen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine pneumatische Antriebsvorrichtung.

[0002] 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.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe einer pneumatischen Antriebsvorrichtung, die mechanisch einfach aufgebaut ist und auch bei geringerem Drücken befriedigend arbeitet.

[0004] 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 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 axial nach außen und der hintere Kolben axial nach innen wandert, wobei der jeweils einwärts bewegte Kolben das Umschlagelement zwischen den beiden Positionen umstellt.

[0005] 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.

[0006] Die Lagerung auf Luftpolstern minimiert den Energieverlust durch Reibung. Die pneumatische Antriebsvorrichtung kann verwenden luftgelagerte Zwillingskolben, 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] Das Verbindungsrohr ist bevorzugt durch die Kolben hindurchgeführt und endseitig offen.

[0012] Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung.

[0013] Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer halb weggebrochenen Ausführungsform einer pneumatischen Antriebsvorrichtung nach der Erfindung.

[0014] Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Ausführungsform von Figur 1.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] Die beiden Einlaßöffnungen 18, 20 münden im Bereich des axial verschieblich gelagerten Umschaltelementes 10.

[0020] 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).

[0021] 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.

[0022] 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.

Ansprüche

1. Pneumatische Antriebsvorrichtung mit
einem zylindrischen Gehäuse (2), in dem ein Kolbenelement (4, 6, 8) axial verschieblich geführt ist, wobei das Kolbenelement endseitig einen vorderen Kolben (4) und einen hinteren Kolben (6) aufweist, die durch ein Verbindungsrohr (8) miteinander verbunden sind,
einem in dem Gehäuse (2) zwischen den Kolben (4, 6) gelagerten Umschaltelement (10), welches mit dem vorderen Kolben (4) eine veränderliche vordere Kammer (14) und mit dem hinteren Kolben (6) eine veränderliche hintere Kammer (16) definiert, und
zwei im Gehäuse (2) gebildeten, druckbeaufschlagbaren Einlaßöffnungen (18, 20), die mit der vorderen bzw. hinteren Kammer verbindbar sind, wobei das Umschaltelement (10) in einer ersten Position die Einlaßöffnung (20) zur hinteren Kammer freigibt, so daß der hintere Kolben (6) axial auswärts und der vordere Kolben (4) axial einwärts wandert, und in einer zweiten Position die Einlaßöffnung (18) zur vorderen Kammer (14) freigibt, so daß der vordere Kolben (4) axial auswärts und der hintere Kolben (6) axial einwärts wandert, wobei der jeweils einwärts bewegte Kolben (4, 6) das Umschaltelement (10) zwischen den beiden Positionen umstellt.

2. Pneumatische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltelement (10) zwei radiale Dichtlippen (12, 12') aufweist, welche die Einlaßöffnungen wechselseitig alternativ öffnen bzw. schließen.

3. Pneumatische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Dichtlippen (12, 12') geringer ist als der Abstand der Einlaßöffnungen (18, 20).

4. Pneumatische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (8) mindestens eine vordere Abzugsöffnung (22, 22') zur Entlüftung der vorderen Kammer (14) und mindestens eine hintere Abzugsöffnung (24, 24') zur Entlüftung der hinteren Kammer (16) aufweist.

5. Pneumatische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (8) durch das Umschaltelement (10) hindurchgeführt ist.

6. Pneumatische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben stirnseitig gebildete Durchgangsöffnungen zur Restentlüftung aufweisen.

7. Pneumatische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (8) durch die Kolben (4, 6) axial hindurchgeführt und endseitig offen ist.

8. Pneumatische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) Durchgangsöffnungen zur Restentlüftung aufweist.

Zeichnung