DE3790027C2

DE3790027C2 - Gelenkmechanismus

Info

Publication number: DE3790027C2
Application number: DE3790027A
Authority: DE
Inventors: John C Houston
Original assignee: American Sterilizer Co
Current assignee: American Sterilizer Co
Priority date: 1986-01-27
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2007-01-28
Also published as: DE8790006U1; WO1987004503A1; DE3790027T1; GB2194611B; JP2870750B2; JPS63502610A; US4706511A; CA1281760C; GB2194611A; GB8722675D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Gelenkmechanismus, bei welchem ein erster Abschnitt gegenüber einem zweiten Abschnitt angeordnet ist, wobei über das vorgesehene Gelenk ein Drehmoment übertragbar ist, das aus folgen den Elementen besteht:

- einem eingangsseitigen Gelenkelement, von welchem das Ende drehbar gegenüber dem zweiten Abschnitt ge lagert ist und zusätzlich ein freibewegliches Ende aufweist,
- eine Betätigungseinheit, mit welcher ein Drehmoment auf das eingangsseitige Gelenkelement um das Ende herum übertragbar ist,
- ein ausgangsseitiges Gelenkelement, von welchem das eine Ende drehbar in Bezug auf ein Lagerelement be wegbar ist, während das andere Ende freibeweglich ausgebildet ist, wobei das ausgangsseitige Gelenk element derart mit dem eingangsseitigen Gelenkele ment verbunden ist, daß der bewegliche Abschnitt gleichzeitig mit dem ausgangsseitigen Gelenkelement bewegbar ist, sowie
- einem Verbindungsgelenkelement, von welchem das Ende mit dem freibeweglichen Ende des eingangsseitigen Gelenkelementes verbunden ist, während das andere Ende mit dem freibeweglichen Ende des ausgangsseiti gen Gelenkelementes verbunden ist,
wobei die Länge des eingangsseitigen Gelenkelementes größer als die Länge des ausgangsseitigen Gelenkele mentes ist, so daß eine Verschwenkung des eingangs seitigen Gelenkelementes um das Ende über das Ver bindungsgelenkelement eine entsprechende Verschwen kung des ausgangsseitigen Gelenkelementes um das La ger über einen größeren Winkelbereich hervorruft als die Verschwenkung des eingangseitigen Gelenkelemen tes.

Operationstische und Krankenhausbetten sind mit beweg lichen Bereichen versehen, um den Patienten in gewissen Lagen zu positionieren, wozu bestimmte Betätigungsein heiten entwickelt worden sind, um die beweglichen Be reiche verstellen zu können. So ist beispielsweise auf grund der US-PS 3 982 741 ein Operationstisch mit beweglichen Bereichen bekannt, welche mit Hilfe von einem stationären Teil des Operationstisches befestig ten hydraulischen Zylindern gleichzeitig verstellt wer den können. Die vorgesehenen Zylinder sind dabei an ge genüberliegenden Seiten der beweglichen Bereiche mit Hilfe von Gelenkstücken befestigt, welche zwischen zwei als Gelenkachsen dienenden Stiften und den entsprechen den Gliedern der Betätigungseinheit angeordnet sind.

Aufgrund der US-PS 4 270 233 ist fernerhin ein Entbin dungsbett bekannt, welches mit beweglichen Abschnitten versehen ist, wobei die einzelnen Abschnitt mit Hilfe von Gelenkstücken und -stiften verstellt werden können. Aufgrund der US-PS 3 349 877 ist schließlich noch in Verbindung mit verstellbaren Betten eine entsprechende Betätigungseinheit bekannt. Aus der US-PS 30 35 711 ist ein Gelenkmechanismus für einen Kran bekannt, bei wel chem ein erster Abschnitt schwenkbar gegenüber einem zweiten Abschnitt angeordnet ist, wobei über das vorge sehene Gelenk ein Drehmoment übertragbar ist, das aus folgenden Elementen besteht:

- einem eingangsseitigen Gelenkelement, von welchem das Ende drehbar gegenüber dem zweiten Abschnitt ge lagert ist und zusätzlich ein freibewegliches Ende aufweist,
- eine Betätigungseinheit, mit welcher ein Drehmoment auf das eingangsseitige Gelenkelement um das Ende herum übertragbar ist,
- ein ausgangsseitiges Gelenkelement, von welchem das eine Ende drehbar in Bezug auf ein Lagerelement be wegbar ist, während das andere Ende freibeweglich ausgebildet ist, wobei das ausgangsseitige Ge lenkelement derart mit dem eingangsseitigen Ge lenkelement verbunden ist, daß der bewegliche Ab schnitt gleichzeitig mit dem ausgangsseitigen Ge lenkelement bewegbar ist, sowie
- einem Verbindungsgelenkelement, von welchem das Ende mit dem freibeweglichen Ende des eingangsseitigen Gelenkelementes verbunden ist, während das andere Ende mit dem freibeweglichen Ende des ausgangsseiti gen Gelenkelementes verbunden ist,
wobei die Länge des eingangsseitigen Gelenkelementes größer als die Länge des ausgangsseitigen Gelenkele mentes ist, so daß eine Verschenkung des eingangs seitigen Gelenkelementes um das Ende über das Ver bindungsgelenkelement eine entsprechende Verschwen kung des ausgangsseitigen Gelenkelementes um das La ger über einen größeren Winkelbereich hervorruft als die Verschwenkung des eingangsseitigen Gelenkelemen tes.

Bei diesem Aufbaukran für Lastwägen sind die Ge lenkteile in einer nicht näher beschriebenen Weise mit einander verbunden. Auf jeden Fall liegen die Ge lenkteile offen. Bei der Verwendung für Operations tische und Krankenbetten ist es dabei von Nachteil, daß die gesamte Anzahl von Gelenkstellen und Gelenkteilen nach außen sichtbar sind. Dies verhindert eine schönere optische Gestaltung, was beim Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung, nämlich Operationstische und Krankenhausbetten, von Bedeutung ist. Dadurch, daß die Gelenkverbindungen nicht abgeschirmt sind, kann weiter hin das Eintreten von Flüssigkeit, beispielsweise Rei nigungsflüssigkeit, erfolgen, und eine Gefahr von Ver letzungen durch vorstehende Teile erfolgen, sowie eine leichte Reinigung der Anordnung verhindert werden.

In der US-PS 4 441 376 ist bereits ein Gelenkmechanis mus bekannt, bei welchem Teile des Gelenkes durch Sei tenwandungen abgeschirmt sind. Bei dieser bekannten Ausführungsform ist jedoch nicht der gesamte Gelenkme chanismus durch Seitenwandungen abgeschirmt, so daß viele freiliegende Teile vorliegen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nach teile des Standes der Technik zu vermeiden.

Dies wird dadurch erreicht, daß der zweite Abschnitt zwei parallel verlaufende Seitenwandungen aufweist, in nerhalb welcher Schlitze vorgesehen sind, daß der erste Abschnitt zwei in einem Abstand voneinander angeordnete parallele Wandungen aufweist, welche außerhalb der Seitenwandungen des zweiten Abschnittes liegen, daß ein eingangsseitiges Gelenkelement mit einem Ende vor gesehen ist, das zwischen den Seitenwandungen des zwei ten Abschnittes drehbar gelagert ist, und daß das Ver bindungsgelenkelement durch die Schlitze der Seitenwan dungen des zweiten Abschnittes hindurch mit dem ersten Abschnitt verbunden ist.

Für den erfindungsgemäßen Gelenkmechanismus ist es so mit charakteristisch, daß in den Seitenwandungen des (beispielsweise) stationären Abschnitts Schlitze vorge sehen sind, durch die hindurch das Verbindungsge lenkelement mit dem (beispielsweise) beweglichen Ab schnitt verbunden ist, und daß dieser bewegliche Ab schnitt mit seinen parallelen Seitenwandungen diese Schlitze und Seitenwandungen des stationären Abschnitts überdeckt.

Das ausgangsseitige Gelenkelement kann einstückig mit dem ersten Abschnitt im Bereich einer ersten Öffnung bis zu einer zweiten Öffnung ausgebildet sein.

Die Betätigungseinheit kann ein lineares Betätigungs element sein.

Die Länge des Verbindungsgelenkelementes kann kleiner sein als die Länge des eingangsseitigen Gelenkelemen tes.

Die Betätigungseinheit kann einen hydraulisch oder pneumatisch betätigten Zylinder aufweisen, von welchem das eine Ende an dem zweiten Abschnitt befestigt ist, während das andere Ende eine ausschiebbare Kolbenstange aufweist, welche mit dem freibeweglichen Ende des ein gangsseitigen Gelenkelementes verbunden ist.

Der erste Abschnitt kann beweglich ausgebildet sein, während der zweite Abschnitt stationär gehalten sein kann.

Das Verbindungsgelenkelement kann in Form von zwei Ge lenkelementen ausgebildet sein, von welchen die einen Enden auf die gegenüberliegenden Seiten des freibeweg lichen Endes des eingangsseitigen Gelenkelementes ange lenkt sein kann.

Am Ende der Kolbenstange kann eine Gabel befestigt sein, an welcher die beiden Verbindungsgelenkelemente sowie das freibewegliche Ende des eingangsseitigen Gelenkelementes angelenkt sein kann.

Der bewegliche Abschnitt kann gegenüber dem stationären Abschnitt mit Hilfe von zwei Buchsen gelagert sein, welche durch die entsprechenden Seitenwandungen hindurchgeführt sind.

Der erste Abschnitt kann stationär gelagert sein, während der zweite Abschnitt beweglich ist.

Das ausgangsseitige Gelenkelement kann aus dem Teil des beweglichen Abschnittes zwischen der drehbaren Lsgerung der Seitenwandungen bis zum Lagerpunkt für die zweiten Enden der Verbindungselemente bestehen.

Die verschiebbare Stange des linearen Betätigungselementes kann an dem ersten Ende des Verbindungsgelenkelementes angelenkt sein.

Das Verbindungselement kann drei Gelenkelemente aufweisen, von welchen die ersten Enden im Bereich der Seitenwandungen am freibeweglichen Ende des eingangsseitigen Gelenkelementes angelenkt sind, während die zweiten Enden an der Innenseite der Seitenwandungen des beweglichen Abschnittes angelenkt sind.

Die Schlitze können bogenförmig ausgebildet sein.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Operationstisches, bei welchem ein bewegliches Gelenkelement um einen angedeuteten Winkelbereich verstellbar ist;

Fig. 2 eine seitliche Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenkmechanismus;

Fig. 3 bis 5 schematische Ansichten unter Darstellung des Gelenkmechanismus von Fig. 2 in verschiedenen Betriebspositionen;

Fig. 6 eine perspektivische auseinandergezogene Detailansicht einer vorteilhaften Ausführungs form des Gelenkmechanismus gemäß der Erfindung und

Fig. 7 bis 11 schematische Ansichten zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Gelenkmechanismus ist insbesondere zum Anlenken der beweglichen Abschnitte eines aus mehreren Abschnitten bestehenden Operationstisches oder eines einstellbaren Bettes geeignet. Es ist jedoch einleuchtend, daß der erfindungsgemäße Gelenkmechanismus ebenfalls für andere Anwendungen verwendet werden kann.

Fig. 1 zeigt einen Operationstisch 12, welcher mit einem stationären Abschnitt 14 sowie einem beweglichen Abschnitt 16 versehen ist, wobei die Verbindung dieser beiden Abschnitte unter Einsatz des erfindungsgemäßen Gelenkmechanismus 10 erfolgt.

Entsprechend Fig. 2 umfaßt der erfindungsgemäße Gelenkmechanismus 10 ein eingangsseitiges Gelenkelement 20, ein ausgangsseitiges Gelenkelement 22, ein Paar von Verbindungsgelenkelementen 24 sowie eine Betätigungseinheit 26. Im Rahmen der Erfindung besteht jedoch die Möglichkeit, daß der Abschnitt 16 stationär angeordnet ist, während der Abschnitt 14 beweglich ist.

Entsprechend Fig. 6 umfaßt das eingangsseitige Gelenkelement 20 einen Endbereich 30 mit einer Bohrung 32, durch welche ein Gelenkstift 34 geführt ist, um den das Gelenkelement 20 drehbar ist. Der Gelenkstift 34 ist beidseitig in den Lagerelementen 36 der Seitenwandungen 18 des stationären Abschnittes 14 gelagert. Der andere Endbereich 38 des Gelenkelementes 20 ist im Bereich seiner äußeren Seitenflächen 40 in den Enden einer Gabel 58 gelagert, an welcher die Kolbenstange 60 der Betätigungseinheit 36 befestigt ist. Auf der Außenseite der beiden Enden der Gabel 58 sind fernerhin die beiden Verbindungsgelenkelemente 24 angelenkt.

Die beiden Verbindungsgelenkelemente 24 umfassen jeweils ein erstes Ende 46, welches im Bereich der Enden der an der Betätigungsstange 60 befestigten Gabel 58 an dem eingangsseitigen Gelenkelement 20 angelenkt sind. Die gegenüberliegenden Enden 48 der betreffenden Verbindungs gelenkelemente 24 besitzen jeweils eine Bohrung 50, durch welche ein Stift 52 geschoben ist, der in entsprechenden Lagerelementen 56 auf der Innenseite der Seitenwandungen 28 des beweglichen Abschnittes 16 gelagert ist. Die Ver bindungsgelenkelemente 24 verbinden demzufolge das frei bewegliche Ende 38 des eingangsseitigen Gelenkelementes 20 mit dem freibeweglichen Ende 78 des ausgangsseitigen Gelenkelementes 22, welches einstückig mit dem beweglichen Abschnitt 16 ausgebildet ist.

Der bewegliche Abschnitt 16 ist mittels Buchsen 62, 64 drehbar gegenüber dem stationären Abschnitt 14 gelagert, wobei diese Buchsen 62, 64 durch entsprechende Öffnungen 66, 68 der Seitenwandungen 18, 28 der beiden Abschnitte 14, 16 geführt sind. Die beiden Seitenwandungen 28 des beweglichen Abschnittes 16 umfassen dabei die beiden Seitenwandungen 18 des stationären Abschnittes 14 von außen her. Die beiden Buchsen 62, 64 werden durch die Öffnungen 66 des stationären Abschnittes 14 und die Öffnungen 68 des beweglichen Abschnittes 16 geschoben, wobei die Verbindung der beiden Abschnitte 14, 16 unter Einsatz entsprechender Beilagscheiben 70 und Bolzen 72 erfolgt. Das ausgangsseitige Gelenkelement 22 wird dabei durch die in den Fig. 3 bis 5 dargestellte gestrichelte Verbindungslinie zwischen den Buchsen 62, 64 des beweglichen Abschnittes 16 und den Lagerelementen 56 des beweglichen Abschnittes 16 gebildet.

Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, daß das ausgangsseite Gelenkelement 22 als getrenntes Element ausgebildet ist, welches mit dem beweglichen Abschnitt 16 derart verbunden ist, daß der bewegliche Abschnitt 16 gleichzeitig mit dem ausgangsseitigen Gelenkelement 22 bewegt wird.

Die Lagerelemente 56 sind innerhalb von bogenförmigen Schlitzen 74 geführt, sobald der bewegliche Abschnitt 16 im Bezug auf den stationären Abschnitt 14 geschwenkt wird. Zu den beiden bogenförmigen Schlitzen 74 führende Öffnungen erleichtern dabei den Zusammenbau des Gelenkmechanismus 10. Auf dem Stift 52 ist fernerhin noch ein Abstandsrohr 76 geschoben, welches die Enden 48 der beiden Verbindungsgelenkelemente 24 in Anlage an den Lagerelementen 56 hält.

Die Betätigungseinheit 26 ist in Form eines linearen Betätigungselementes, beispielsweise eines in den Fig. 2 bis 5 dargestellten pneumatischen oder hydraulischen Zylinders 80 ausgebildet, dessen Kolbenstange 60 mit der Gabel 58 verbunden ist. Der jeweilige Zylinder 80 ist dabei an der in Fig. 2 dargestellten Stelle 4 schwenkbar an dem stationären Abschnitt 14 befestigt.

Wenn die Kolbenstange 60 voll nach außen geschoben wird, verschwenkt sich gemäß Fig. 3 bis 5 das freibewegliche Ende 38 des eingangsseitigen Gelenkelementes 20 um den Endbereich 30 das stationären Abschnittes 14. Die Verbindungsgelenkelemente 24 übertragen das Drehmoment auf das freibewegliche Ende 78 des ausgangsseitigen Gelenkelementes 22 des beweglichen Abschnittes 16.

Während des Verschwenkvorganges bleibt die Länge der einzelnen Gelenkelemente konstant, während der Abstand und die Ausrichtung zwischen dem Endbereich 30 des eingangsseitigen Gelenkelementes 20 und dem angelenkten Ende 75 des ausgangsseitigen Gelenkelementes 22 konstant bleiben. Der bewegliche Abschnitt 16 wird demzufolge um einen größeren Winkel als 90° im Bezug auf den stationären Abschnitt 14 verschwenkt, sobald die Kolbenstange 60 in die ausgefahrene Position bewegt wird.

Wenn die Kolbenstange 60 gemäß Fig. 5 in der zurückgezogenen Position sich befindet, wird das freibe wegliche Ende 38 des eingangsseitigen Gelenkelementes 20 nach rückwärts in Richtung der Betätigungseinheit 26 geschwenkt, wobei die Verbindungsgelenkelemente 24 und das freie Ende 78 des ausgangsseitigen Gelenkelementes 22 letzteres um das angelenkte Ende 75 verschwenken. Der bewegliche Abschnitt 26 verschwenkt sich demzufolge um einen spitzen Winkelbereich im Bezug auf den stationären Abschnitt 14 nach unten. Fig. 3 zeigt hingegen eine Zwischenposition, in welcher der bewegliche Abschnitt 16 parallel zu dem stationären Abschnitt 14 ausgerichtet ist.

Die Länge des eingangsseitigen Gelenkelementes 20 ist dabei größer als die Länge des ausgangsseitigen Gelenk elementes 22, demzufolge eine Verschwenkung des eingangsseitigen Gelenkelementes 20 um den Endbereich 30 bewirkt, daß sich die Verbindungsgelenkelemente 24 das ausgangsseitige Gelenkelement 22 um einen größeren Winkelbetrag verschwenken, als dies beim eingangsseitigen Gelenkelement 20 der Fall ist. Bei der beschriebenen vor teilhaften Ausführungsform sind die beiden Verbindungsge lenkelemente 24 länger als das ausgangsseitige Gelenk element 22.

Der beschriebene Gelenkmechanismus erlaubt die über tragung hoher Drehmomente über große Winkelbereiche hinweg. Fig. 9 zeigt dabei schematisch die in Fig. 4 und 5 dargestellten Extrempositionen. A entspricht dabei der Verbindung zwischen der Kolbenstange 60 und dem freibeweglichen Ende 38 des eingangsseitigen Gelenk elementes 20. B entspricht hingegen der Verbindung zwischen dem Verbindungsgelenkelement 24 und dem aus gangsseitigen Gelenkelement 22. Q entspricht der Verbindung zwischen dem stationären und beweglichen Abschnitten 14 und 16 im Bereich des angelenkten Endes 75 des ausgangsseitigen Gelenkelementes 22. S entspricht der Verbindung zwischen dem stationären Abschnitt 14 und dem starren Ende 30 des eingangsseitigen Gelenkelementes 20, S und Q sind dabei starre Punkte. A und B bewegen sich entlang von Bögen, deren Mittelpunkte in den Punkten S und Q liegen. Das eingangsseitige Gelenkelement 20 entspricht dabei den Längen a und a₂, während die Verbindungsgelenkelemente 24 durch die Strecken c und c₂ festgelegt sind. Das ausgangsseitige Gelenkelement 22 wird durch die Strecken b und b₂ angedeutet, wobei A, B, a, b und c der in Fig. 5 dargestellten Anordnung entsprechen, während die Größen A₂, B₂, a₂, b₂ und c₂der in Fig. 4 dargestellten Anordnung entsprechen. Bei einer 100° Rotation des eingangsseitigen Gelenkelementes 20 von a nach a₂ ergibt sich dabei eine 220° Verschwenkung des ausgangsseitigen Gelenkelementes 22 von den Strecken b nach b₂. Eine relativ kleine lineare Bewegung der Kolbenstange 60 bewirkt demzufolge ausgehend von einer relativ kleinen Eingangswinkelverschwenkung eine ungefähr zweifach so große Ausgangswinkelver schwenkung. Es wird dabei angenommen, daß derartige ausgangsseitige Winkelverschwenkungen bisher nur mit Betätigungseinheiten unter Einsatz von Zahnrädern erzielbar waren. Die mit Gelenkelementen und -stiften versehene Betätigungseinheit besitzt jedoch im Vergleich zu entsprechenden Betätigungseinheiten mit Zahnrädern den Vorteil einer leichten Herstellbarkeit, eines einfachen Zusammenbaus, niedriger Herstellungskosten und hoher Festigkeit. Die beschriebene Betätigungseinheit erfordert fernerhin weniger Raum als entsprechende Anordnungen mit Zahnrädern. Derartige kompakte Gelenkmechanismen sind demzufolge gerade bei Operationstischen besonders geeignet.

Von besonderer Bedeutung für die Auslegung des er findungsgemäßen Gelenkmechanismus für einen besonderen Anwendungsfall sind die geometrischen und kraftmäsigen Beziehungen der Gelenkelemente und -stifte. Sobald das erforderliche Gelenkdrehmoment in den verschiedenen Gelenkwinkelpositionen bekannt ist, müssen die Kraft der Betätigungseinheit und die Kräfte und Drehmomente im Bereich jedes Gelenkelementes, -stiftes und -lagers fest gelegt werden. Fig. 8 bis 11 sind dabei geometrische Darstellungen, welche bei Analysis im Bezug auf die Geometrie und die Kräfte verwendbar sind.

In Fig. 8 entspricht das Gelenkelement d dem stationären Element, welches einstückig mit dem stationären Abschnitt 14 ausgebildet ist. Das ausgangsseitige Gelenkelement b ist hingegen einstückig mit dem beweglichen Abschnitt 16 ausgebildet. M entspricht dem von außen zugeführten. Drehmoment um den Punkt Q im Bezug auf das ausgangsseitige Gelenkelement b. Zusätzlich ist ein kartesianisches Koordinatensystem u, v mit dem Ursprungspunkt U gezeigt. Die Winkel und Längen sind mit alphabetischen Bezeichnungen versehen.

Zur Durchführung einer Analyse ist der Winkel des eingangsseitigen Gelenkelementes eine unabhängige Veränderliche. Es sei angenommen. daß die Längen aller Gelenkelemente a, b, c und d und die Koordinaten u₄, v₄ des starren Schwenkpunktes 4 der linearen Betätigungs einheit bekannt sind. Die betreffende Analysis erlaubt eine Festlegung aller anderen Winkel sowie der Länge l der linearen Betätigungseinheit.

Zuerst wird die Linie n festgelegt und das Cosinusgesetz bezüglich der Winkel nad und nbc verwendet. Der Abstand n ergibt sich demzufolge entsprechend Gleichung 1:

n² = a² + d² - 2ad cos α (1),

welche wie folgt umformuliert werden kann:

in der Folge wird dann der Winkel µ festgelegt:

n² = b² + c² - 2bc cos µ (3),

welche im Bezug auf µ wie folgt umformuliert werden kann:

wobei n entsprechend Gleichung 2 festgelegt ist.

In gleicher Weise können die Winkel δ und λ festgelegt werden:

a² = n² + d² - 2nd cos δ (5),

welche wie folgt umformuliert werden kann:

ferner gilt:

c² = n² + b² - 2nb cos λ (7),

welche wie folgt umformuliert werden kann:

der Winkel v kann abgeleitet werden, indem die Summe der Winkel der Dreiecke nbc und nad gebildet wird. Es ergibt sich demzufolge:

v = (π - α - δ) + (π - λ - µ) (9),

welche wie folgt umformuliert werden kann:

v = -(α + δ + λ + µ) (10).

Der Winkel β ist ein Referenzwinkel des ausgangsseitigen Gelenkelementes b im Bezug auf die u-Achse. Dieser Winkel ergibt sich dabei ganz einfach wie folgt:

β = π - δ - λ (11)

Die Koordinaten aller Punkte des Gelenkmechanismus können nunmehr unter Verwendung elementarer Trigonometrie gefunden werden. Die sich ergebenden Resultate sind dabei wie folgt:

Einfache analytische Geometrie kann nunmehr verwendet werden, um die Länge l der Betätigungseinheit und ihren Winkel im Bezug auf die Verbindungsgelenkelemente festzulegen.

und

Alle Werte im Bezug auf die Geometrie sind demzufolge in Abhängigkeit der Längen der Gelenkelemente und des Winkels des eingangsseitigen Gelenkelementes bekannt. Diese Information ist dabei wesentlich, um eine Analysis der statischen Kräfte durchzuführen.

Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß das Vorzeichen auf der rechten Seite der Gleichungen 2, 4, 6 und 8 wahlweise plus oder minus sein muß. Die Entscheidung bezüglich des Vorzeichens dieser Ausdrücke muß bei genauer Untersuchung der Gelenkelemente und ihrer Konfiguration erfolgen.

Für ein vorgegebenes Drehmoment und eine beliebige Gelenkelementposition müssen die Kräfte an allen Gelenkelementen und -stiften sowie der Betätigungseinheit bekannt sein. Diese Analysis nimmt dabei an, daß um den Punkt Q ein reines Drehmomnt auftritt, ohne daß dabei an dem Gelenkelement b vertikale Scherkräfte auftreten. Die Reibung an den einzelnen Gelenkpunkten wird dabei ebenfalls vernachlässigt. Ein Fachmann auf dem Gebiet ist jedoch in der Lage, die notwendigen Korrekturen für nicht ideale Bedingungen durchzuführen.

Fig. 8 zeigt den Gelenkmechanismus und die erforderliche Nomenklatur für die Durchführung dieser Analyse. Das Moment M tritt dabei um den Punkt Q auf und wird in einer beliebigen Position durch die gegeneinander wirkenden Gelenkelemente und den stationären und beweglichen Abschnitten des Gelenkes begrenzt. Freie Körperdiagramme der einzelnen Gelenkelemente und -verbindungsstellen sind in den Fig. 9 bis 11 gezeigt.

Die Summierung der Momente um den Punkt Q führt dabei zu dem folgenden Ausdruck

M_Q = O = B_Tb - M (19),

welche wie folgt umformuliert werden kann:

B_T = M/b (20).

Entsprechend Fig. 9 und 11 ergibt sich für den Punkt B:

B_T = C sin(π - µ) (21),

beziehungsweise

und

B_A und B_T sind die axialen bzw. tangentialen Reaktionskräfte am Punkt Q. Die Kraft C ist die axiale Kraft an dem Verbindungsgelenkelement c. Da die Reibung vernachlässigt wird, tritt weder an diesem Gelenkelement noch einem anderem der in dem folgenden noch zu untersuchenden Gelenkelemente eine tangentiale Kraft auf.

Das Freikörper-Diagramm am Punkt A umfaßt drei Kräfte C, A und L. In Fig. 10 wird ein Koordinatensystem u' v' verwendet, bei welchem die Achse u' mit dem Gelenkelement c und dem Ursprung am Punkt A übereinstimmt. Die Summierung der auftretenden Kräfte entlang dieser Achsen führt dabei zu den folgenden Gleichungen:

Σ Fu' = O = - C + L cos + A cos v (24)

Σ Fv' = O = - L sin + A sin v (25)

Die Kraft C ist gleichzeitig mit den Winkeln bekannt; L und A müssen hingegen festgelegt werden: Von der letzten Gleichung ergibt sich somit

durch Einsetzen dieser Gleichung in die erstere Gleichung ergibt sich folgender Ausdruck

welche unter Verwendung von Gleichung 22 wie folgt umformuliert werden kann:

dies ist die äußere Kraft auf die Betätigungseinheit. Durch Einsatz dieser Kraft in die Gleichung 26 ergibt sich:

welche wie folgt umformuliert werden kann:

welche der axialen Last auf dem Gelenkelement a entspricht.

Alle Kräfte an den Gelenkelementen und -stiften sowie die von der Betätigungseinheit ausgehende Kraft sind demzufolge festgelegt worden.

Wenn der erfindungsgemäße Gelenkmechanismus 10 in Verbindung mit einem Operationstisch 12 verwendet wird, sind - Eigenschaften, wie die Größe, das äußere Erscheinungsbild, die Möglichkeit der leichten Reinigung, das Verhindern des Eintretens von Flüssigkeiten in das Innere des Mechanismus, die Vermeidung von Klemmstellen sowie geringes Spiel - von besonderer Bedeutung. Die Größe des Gelenkmechanismus wird dabei durch eine Kombination von Faktoren einschließlich der maximalen Belastbarkeit der vorhandenen Energiequelle, der erforderlichen Verschwenkbarkeit des Gelenkmechanismus, der auftretenden Belastungen sowie der mechanischen Materialfestigkeit festgelegt. Im Hinblick auf das äußere gute Erscheinungsbild, eine leichte Reinigbarkeit und die Vermeidung von Klemmpunkten ist der bewegliche Abschnitt 16 jeweils mit zwei Seitenwandungen 28 versehen, welche entsprechende Seitenwandungen 18 des stationären Abschnittes 14 umfassen. Eine derartige Anordnung eleminiert das Auftreten von Bohrungen, Befestigungselementen sowie scharfen Kanten und Klemmpunkten.

Die Vermeidung von mechanischem Spiel, welche im Hinblick auf mechanische Festigkeit nicht immer von Bedeutung ist, erweisen sich jedoch bei Operationstischen von besonderer Bedeutung, falls die auf dem Gelenkmechanismus wirkende Last über einen oberen Totpunkt geführt wird und das auf den Gelenkmechanismus wirkende Drehmoment sich in der Nähe von 0 befindet. Unter diesen Bedingungen auftretendes Spiel kann zu einer schubweisen Verstellung des Gelenkmechanismus zwischen entsprechenden Positionen führen. Vorhandenes Spiel entsteht dabei vorallem nur im Bereich der vorgesehenen Stifte und innerhalb der vorge sehenen Bohrungen bzw. Lager. Die Größe von vorhandenem Spiel bei einer vorgesehenen Stiftanpassung hängt dabei in starkem Maße von der Geometrie des Gelenks ab. Bei einem vorhandenen Gelenk hängt demzufolge das Spiel jeweils von der vorhandenen Position ab. Im Hinblick auf die Erzielung eines minimalen Spiels erscheint es wünschenswert Stifte, Bohrungen und Lager mit minimalen Toleranzen zu verwenden.

Claims

1. Gelenkmechanismus, bei welchem ein erster Ab schnitt (16) schwenkbar gegenüber einem zweiten Abschnitt (14) angeordnet ist, wobei über das vor gesehene Gelenk ein Drehmoment übertragbar ist, das aus folgenden Elementen besteht:

1. einem eingangsseitigen Gelenkelement (20), von welchem das Ende (30) drehbar gegenüber dem zweiten Abschnitt (14) gelagert ist, und zu sätzlich ein freibewegliches Ende (38) auf weist,
2. eine Betätigungseinheit (26), mit welcher ein Drehmoment auf das eingangsseitige Gelenkele ment (20) um das Ende (30) herum übertragbar ist,
3. ein ausgangsseitiges Gelenkelement (22), von welchem das eine Ende drehbar in bezug auf ein Lagerelement (62, 64) bewegbar ist, während das andere Ende (56) freibeweglich ausgebildet ist, wobei das ausgangsseitige Gelenkelement (22) derart mit dem eingangsseitigen Gelenkelement (20) verbunden ist, daß der bewegliche Ab schnitt (16) gleichzeitig mit dem ausgangssei tigen Gelenkelement (22) bewegbar ist, sowie
4. einem Verbindungsgelenkelement (24), von wel chem das Ende (46) mit dem freibeweglichen Ende (38) des eingangsseitigen Gelenkelementes (20) verbunden ist, während das andere Ende (48) mit dem freibeweglichen Ende (56) des ausgangssei tigen Gelenkelementes (22) verbunden ist, wobei die Länge des eingangsseitigen Gelenkelementes (20) größer als die Länge des ausgangsseitigen Gelenkelementes (22) ist, so daß eine Ver schwenkung des eingangseitigen Gelenkelementes (20) um das Ende (30) über das Verbindungsge lenkelement (24) eine entsprechende Verschwen kung des ausgangsseitigen Gelenkelementes (22) um das Lager (56) über einem größeren Winkelbe reich hervorruft als die Verschwenkung des ein gangsseitigen Gelenkelementes (20), dadurch ge kennzeichnet,
5. daß der zweite Abschnitt (14) zwei parallel verlaufende Seitenwandungen (18) aufweist, in nerhalb welcher Schlitze (74) vorgesehen sind,
6. daß der erste Abschnitt (16) zwei im Abstand voneinander angeordnete parallele Wandungen (28) aufweist, welche außerhalb der Seitenwan dungen (18) des zweiten Abschnittes (14) lie gen,
7. daß ein eingangsseitiges Gelenkelement (20) mit einem Ende (30) vorgesehen ist, das zwischen den Seitenwandungen (18) des zweiten Abschnit tes (14) drehbar gelagert ist, und
8. daß das Verbindungsgelenkelement (24) durch die Schlitze (74) der Seitenwandungen (18) des zweiten Abschnittes (14) hindurch mit dem ersten Abschnitt (16) verbunden ist.

2. Gelenkmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das ausgangsseitige Gelenkelement (22) einstückig mit dem ersten Abschnitt (16) im Bereich der Öffnung (68) bis zur Öffnung (78) aus gebildet ist.

3. Gelenkmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit (26) ein lineares Betätigungselement ist.

4. Gelenkmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Verbindungsgelenkelementes (24) kleiner als die Länge des eingangsseitigen Gelenkelementes (20) ist.

5. Gelenkmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti gungseinheit (26) einen hydraulisch oder pneuma tisch betätigten Zylinder (80) aufweist, von wel chem das eine Ende (4) an dem zweiten Abschnitt (14) befestigt ist, während das andere Ende eine ausschiebbare Kolbenstange (60) aufweist, welche mit dem freibeweglichen Ende (38) des eingangssei tigen Gelenkelementes (20) verbunden ist.

6. Gelenkmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Abschnitt (16) beweglich ausgebildet ist, während der zweite Abschnitt (14) stationär gehalten ist.

7. Gelenkmechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verbindungsgelenkelement in Form von zwei Gelenkelementen (24) ausgebildet ist, von welchem die einen Enden (46) auf gegenüberliegen den Seiten (40) des freibeweglichen Endes (38) des eingangsseitigen Gelenkelementes (20) angelenkt sind.

8. Gelenkmechanismus nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Kolben stange (60) eine Gabel (58) befestigt ist, an wel cher die beiden Verbindungsgelenkelemente (24) so wie das freibewegliche Ende des eingangsseitigen Gelenkelementes (20) angelenkt sind.

9. Gelenkmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beweg liche Abschnitt (16) gegenüber dem stationären Ab schnitt (14) mit Hilfe von zwei Buchsen (62, 64) gelagert ist, welche durch die entsprechenden Sei tenwandungen (18, 28) hindurchgeführt sind.

10. Gelenkmechanismus nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ab schnitt (16) stationär gelagert ist, während der zweite Abschnitt (14) beweglich ist.

11. Gelenkmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus gangsseitige Gelenkelement (22) aus dem Teil des beweglichen Abschnittes (16) zwischen der drehba ren Lagerung (68) der Seitenwandungen (28) bis zum Lagerpunkt (56) für die zweiten Enden (48) der Verbindungsgelenkelemente (24) besteht.

12. Gelenkmechanismus nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Stange (60) des linearen Betätigungselementes (26) an dem ersten Ende (46) des Verbindungsgelenkele mentes (24) angelenkt ist.

13. Gelenkmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbin dungsgelenkelement drei Gelenkelemente (24) auf weist, von welchen die ersten Enden (46) im Be reich der Seitenwandungen (40) an dem freibewegli chen Ende (28) des eingangsseitigen Gelenkelemen tes (20) angelenkt sind, während die zweiten Enden (48) an der Innenseite der Seitenwandungen (28) des beweglichen Abschnittes (16) angelenkt sind.

14. Gelenkmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (74) bogenförmig ausgebildet sind.