ВАКУУМНЫЙ НАСОС И ПРИМЕНЕНИЕ ВАКУУМНОГО НАСОСА
VACUUM PUMP AND ITS APPLICATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к вакуумному насосу, содержащему внутренний резервуар, включающий в себя объем текучей среды, ограниченный стенкой, впускной клапан, который сообщается с впускным отверстием, выпускной клапан, который сообщается с выпускным отверстием, причем резервуар выполнен с возможностью уменьшения своего объема посредством внешнего продольного усилия сжатия, действующего против упруго деформируемого материала, заставляя, тем самым, текучую среду перетекать из внутреннего резервуара в приемник текучей среды, и повторного увеличения своего объема после освобождения от указанного внешнего усилия посредством расширяющего усилия упруго деформируемого материала, заставляя, тем самым, текучую среду перетекать из герметизированного источника текучей среды во внутренний резервуар и вызывая понижение давления текучей среды в указанном источнике текучей среды, причем сжимающийся эластичный элемент полностью включает в себя указанный внутренний резервуар и снабжен указанным впускным отверстием и указанным выпускным отверстием, при этом к эластомерному элементу на противоположных сторонах присоединены первый и второй элементы давления, по меньшей мере, один из которых выполнен с возможностью прикладывать указанное продольное усилие сжатия к эластомерному элементу вдоль оси, проходящей через сжимающийся эластомерный элемент.
Настоящее изобретение также относится к применению вакуумного насоса данного типа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существующая в настоящее время сложная задача в разработке протезных конечностей представляет собой прикрепление протезной конечности к остаточной конечности пользователя. Для протезных ног зачастую трудно надежно прикрепить протезную ногу к остаточной конечности без оказания слишком сильного или неравномерного давления на остаточную конечность. С одной стороны, отсутствие надежного прикрепления может оказывать неблагоприятное воздействие на способность пользователя ходить. С другой стороны, неподходящая подгонка может послужить причиной кровоподтеков, опухания и боли у пользователя.
Одним подходом для преодоления данной сложной задачи было применение отрицательного давления разрежения в пространстве между конечностью (или вкладышем, надеваемым на конечность) и гнездом или вместилищем, присоединяемым к протезной конечности (см. фиг.1 в целом). Два общепринятых пути для применения такого разряжения представляют собой механический насос или электронный насос.
Механические насосы представляют собой зачастую встраиваемые системы, которые используют движение пользователя, чтобы генерировать в гнезде отрицательное давление разрежения. Например, усилие, генерируемое за счет контактирования с землей во время движения при ходьбе пользователя, может быть использовано для генерирования разрежения в пространстве гнезда для удержания протеза на конечности пользователя. Однако при использовании движения пользователя такие насосы не должны препятствовать и должны идеально помогать пользователю при как можно более естественном и безболезненном движении.
Вакуумный насос упомянутого выше типа известен из EP 1771659 B1. В одном варианте осуществления сжимающийся эластичный элемент включает в себя закрытый объем воздуха, который помещен между двумя пластинами, которые могут перемещаться в актуальном направлении относительно друг друга, уменьшая, тем самым объем сжимающегося упругого элемента и выдавливая текучую среду, которая может представлять собой воздух, из сжимающегося упругого элемента через выпускное отверстие, где установлен выпускной клапан. Если усилие сжатия между двумя пластинами прекращается, эластичный элемент возвращается к своей исходной форме с присущей ему упругой расширяющей силой, всасывая, тем самым воздух из находящегося снаружи объема, который может являться замкнутым герметичным объемом, например протезного оборудования. Вакуумный насос может быть установлен в протез ступни, так чтобы во время каждого цикла ходьбы осуществлялся один вакуумный такт.
WO 2005/105000 A1 раскрывает вакуумный насос для применения с искусственной конечностью, который имеет более сложную конструкцию по сравнению с вакуумным насосом EP 1771659 B1. Конструкция вакуумного насоса также предоставляет ограничение вращательных движений упругими элементами, которые упруго деформируются посредством крутящего момента, оказывающего давление на вакуумный насос. Для этого в конструкцию насоса введены упругие элементы, которые могут быть замещены упругими элементами различной твердости, если предполагается различное сопротивление крутящему моменту.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить вакуумный насос, имеющий простую конструкцию и надежное функционирование.
В соответствии с настоящим изобретением данная проблема решается с помощью вакуумного насоса упомянутого выше типа, который отличается тем, что, по меньшей мере, один из указанных элементов давления выполнен с возможностью прикладывать вращательное усилие вокруг оси, проходящий через сжимающийся эластомерный элемент, при этом эластомерный элемент выполнен с возможностью оказывать противовращательное усилие.
Один вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет вакуумный насос, содержащий сжимающийся эластомерный элемент. Сжимающийся эластомерный элемент включает в себя внутренний резервуар, заключающий объем текучей среды, выпускной канал, обеспечивающий сообщение текучей среды между внутренним резервуаром и приемником текучей среды, и впускной канал, обеспечивающий сообщение текучей среды между внутренним резервуаром и источником текучей среды. Насос дополнительно содержит первый и второй элементы давления, присоединенные к эластомерному элементу на противоположных сторонах.
По меньшей мере, один из первого и второго элементов давления выполнен с возможностью прикладывать продольное усилие вдоль, а вращательное усилие вокруг оси, проходящей через сжимающийся эластомерный элемент. При прикладывании продольного усилия сжатия к сжимающемуся эластомерному элементу текучая среда перетекает из внутреннего резервуара в приемник текучей среды, а при прикладывании продольного расширяющего усилия текучая среда перетекает из источника текучей среды во внутренний резервуар. При прикладывании вращательного усилия эластомерный элемент приводит в действие противовращательное усилие. Впускное отверстие может быть связано с замкнутым пространством таким образом, чтобы при прикладывании расширяющего усилия на замкнутое пространство прикладывалось отрицательное давление разрежения.
Еще один вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет протезное устройство для прикрепления к остаточной конечности. Протезное устройство содержит вакуумный насос, имеющий сжимающийся эластомерный элемент, включающее в себя внутренний резервуар, заключающий объем текучей среды, выпускной канал, обеспечивающий сообщение текучей среды между внутренним резервуаром и приемником текучей среды, и впускной канал, обеспечивающий сообщение текучей среды между внутренним резервуаром и источником текучей среды. Протезное устройство также содержит первый опорный элемент, имеющий проксимальный конец, выполненный с возможностью прикрепления к остаточной конечности, и дистальный конец, присоединенный к первой стороне эластомерного корпуса, и второй опорный элемент, имеющий проксимальный конец, присоединенный ко второй противоположной стороне эластомерного элемента.
Один или оба из первого и второго опорного элемента выполнены с возможностью прикладывать продольное усилие вдоль, а вращательное усилие вокруг оси, проходящей через сжимающийся эластомерный элемент. При прикладывании продольного усилия сжатия к сжимающемуся эластомерному элементу текучая среда перетекает из внутреннего резервуара в приемник текучей среды, а при прикладывании продольного расширяющего усилия текучая среда перетекает из источника текучей среды во внутренний резервуар. Дополнительно, при прикладывании вращательного усилия эластомерный элемент приводит в действие противовращательное усилие. Источник текучей среды может представлять собой замкнутое пространство, образованное между остаточной конечностью пользователя и приемным элементом, прикрепленным к верхней опоре таким образом, чтобы в замкнутом пространстве образовалось отрицательное давление разрежения для сохранения прикрепления протеза.
Дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет протез ноги для прикрепления к остаточной части ноги. Протез ноги содержит приемный элемент для приема конечности, участок ступни и вакуумный насос. Вакуумный насос содержит корпус, имеющий внутреннее отделение, и штоковый элемент, имеющий участок, расположенный во внутреннем отделении корпуса. Корпус и штоковый элемент присоединены для обеспечения возвратно-поступательного движения вдоль продольной оси, проходящей через корпус и цилиндровый элемент.
Вакуумный насос дополнительно содержит сжимающийся эластомерный элемент, имеющий внутренний резервуар, заключающий объем текучей среды, выпускной канал, обеспечивающий сообщение текучей среды между внутренним резервуаром и приемником текучей среды, и впускной канал, обеспечивающий сообщение текучей среды между внутренним резервуаром и источником текучей среды. При прикладывании усилия сжатия вдоль продольной оси цилиндр смещается относительно корпуса, чтобы сдавливать эластомерный элемент таким образом, чтобы текучая среда перетекала из внутреннего резервуара в приемник текучей среды, а при прикладывании расширяющего усилия цилиндр смещается относительно корпуса, чтобы растягивать эластомерный элемент таким образом, чтобы текучая среда перетекала из источника текучей среды во внутренний резервуар.
Еще один другой вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет протез ступни, содержащий верхнюю пластину, выполненную с возможностью прикрепления к нижнему протезу ноги или остаточной конечности, и нижнюю пластину, приспособленную контактировать с поверхностью для хождения. Верхняя пластина проходит между участком лодыжки и участком пальца, а нижняя пластина проходит между участком пятки и участком пальца. Нижняя и верхняя пластины присоединены таким образом, чтобы между участком лодыжки и участком пятки было ограничено пространство. При прикладывании усилия сжатия к участку лодыжки или участку пятки пространство уменьшается.
Протез ступни также включает вакуумный насос, расположенный в пространстве между участками лодыжки и пятки. Вакуумный насос включает эластомерный элемент с внутренним резервуаром, приспособленным заключать объем текучей среды, выпускной канал в сообщении текучей среды с внутренним резервуаром и приемником текучей среды и впускной канал в сообщении текучей среды с внутренним резервуаром и источником текучей среды. При прикладывании усилия сжатия эластомерный элемент сдавливается таким образом, чтобы текучая среда перетекала из резервуара в приемник текучей среды, а при прекращении усилия сжатия верхняя или нижняя пластина вызывала прикладывание расширяющего усилия к эластомерному элементу таким образом, чтобы текучая среда перетекала из источника текучей среды в резервуар.
Дополнительный вариант осуществления предоставляет вакуумный насос, содержащий продолговатую верхнюю опорную стойку и продолговатую нижнюю опорную стойку, выполненные с возможностью смещения в продольном направлении и вращения относительно указанной верхней опорной стойки, причем продольная ось верхней опорной стойки и продольная ось нижней опорной стойки поддерживаются, по существу, в коллинеарном выравнивании. Вакуумный насос дополнительно содержит упругий сжимающийся эластичный элемент, присоединенный к и расположенный между соответствующими концами верхней и нижней опорных стоек, чтобы противостоять осевому и вращательному движению нижней опорной стойки. Эластичный элемент содержит внутренний резервуар, заключающий объем текучей среды, который может быть образован, по существу, непрерывной упругой стенкой, ограничивающей внутренний резервуар.
Выпускной канал обеспечивает сообщение текучей среды между внутренним резервуаром и приемником текучей среды, а впускной канал обеспечивает сообщение текучей среды между внутренним резервуаром и источником текучей среды. При прикладывании усилия сжатия вдоль продольной оси верхняя опорная стойка смещается относительно нижней опорной стойки, чтобы сдавливать эластомерный элемент таким образом, чтобы текучая среда перетекала из внутреннего резервуара в приемник текучей среды. При прикладывании расширяющего усилия верхняя опорная стойка смещается относительно нижней опорной стойки, чтобы растягивать эластомерный элемент таким образом, чтобы текучая среда перетекала из источника текучей среды во внутренний резервуар.
Сжимающийся эластомерный элемент, предпочтительно, выполнен в виде единого элемента. Единый элемент выполнен с возможностью выполнять все необходимые функции, а именно функцию насоса, амортизацию и сопротивление вращению.
Сжимающийся эластомерный элемент, предпочтительно, имеет тороидальную форму, включающую внутреннюю полость. Указанная форма является предпочтительной, даже если эластомерный элемент не имеет средства, подобного канавкам или выступам, для передачи крутящего момента от элемента давления к эластомерному элементу.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения использован пружинный элемент, который предоставляет, по меньшей мере, часть расширяющего усилия после прекращения усилия сжатия. Расширяющая сила эластомерного элемента, тем самым, подкрепляется расширяющей силой, предоставляемой пружинным элементом. Данный вариант осуществления имеет некоторые преимущества, даже если эластомерный элемент не используется для торможения крутящего момента, передаваемого к эластомерному элементу.
Несмотря на то, что раскрыты многочисленные варианты осуществления, тем не менее, специалистам в данной области будут очевидны другие варианты осуществления настоящего изобретения из следующего подробного описания, которое показывает и описывает в качестве примера варианты осуществления изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание должны рассматриваться в сущности, как иллюстративные, а не ограничивающие.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает искусственную конечность, находящуюся в зацеплении с остаточной конечностью и содержащую гнездо, вакуумный насос, опорную стойку и протезную ступню.
Фиг.2 показывает вакуумный насос в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 показывает поперечное сечение вакуумного насоса фиг.1, прикрепленного к протезной ступне.
Фиг.4 показывает еще одно поперечное сечение вакуумного насоса фиг.1.
Фиг.5 показывает нижний опорный участок вакуумного насоса фиг.1.
Фиг.6 показывает упругий участок вакуумного насоса фиг.1.
Фиг.7 показывает поперечное сечение упругого участка, показанного на фиг.6.
Фиг.8 показывает частичное поперечное сечение вакуумного насоса в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 показывает частичное поперечное сечение вакуумного насоса в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 показывает частичное поперечное сечение вакуумного насоса в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 показывает поперечное сечение вакуумного насоса в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 показывает поперечное сечение вакуумного насоса в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.13 показывает поперечное сечение упругого участка вакуумного насоса фиг.12.
Фиг.14 показывает вакуумный насос в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.15 показывает вакуумный насос в соответствии с восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.16 показывает поперечное сечение вакуумного насоса фиг.15.
Фиг.17 показывает вакуумный насос в соответствии с девятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.18 показывает поперечное сечение вакуумного насоса фиг.17.
Фиг.19 показывает вакуумный насос фиг.17 и 18, встроенный в протезную ступню.
Фиг.20. показывает вакуумный насос в соответствии с десятым вариантом осуществления настоящего изобретения, встроенный в протезную ступню.
Фиг.21 показывает поперечное сечение вакуумного насоса и протезной ступни фиг.19.
Фиг.22 показывает вакуумный насос, встроенный в протезную ступню, в соответствии с одиннадцатым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.23 показывает вакуумный насос для встраивания в протезную ступню в соответствии с фиг.22.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
К вариантам осуществления, обсуждаемым ниже в качестве примера, могут быть сделаны различные модификации и дополнения без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Например, тогда как варианты осуществления, описываемые ниже, относятся к конкретным признакам, объем данного изобретения также включает варианты осуществления, имеющие различные комбинации признаков и вариантов осуществления, которые не включают в себя все из описываемых выше признаков.
Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой вакуумный насос, который может быть применен с искусственной конечностью, такой как искусственная нога, искусственная рука или другое протезное устройство. Фиг.1 показывает искусственную ногу 50, содержащую гнездо 52, присоединенное к одному концу опорной стойки 54 через вакуумный насос 100 в соответствии с настоящим изобретением. К другому концу опорной стойки 54 присоединена искусственная ступня 56. Остаточная конечность, или остаток 60 пользователя, заключена во вкладыш 62 и помещена внутрь гнезда 52, которое было сконфигурировано по размеру и форме для размещения остатка 60. Соединение для текучей среды, такое как трубка 53, связывает вакуумный насос 100 с пространством, образованным между гнездом 52 и вкладышем 62, и/или остатком 60, когда искусственная нога прикреплена.
Как показано дополнительно на фиг.1-7, вакуумный насос 100 содержит шток или верхнюю опорную стойку 120 с концевым креплением 130, корпус или нижнюю опорную стойку 140 и пустотелую эластомерную конструкцию 160, которой придана тороидальная форма. Пустотелая эластомерная конструкция 160, упоминаемая далее в данной заявке, как тороид 160, вставлена или помещена посередине между концевым креплением 130 и корпусом 140, причем шток 120 проходит через центральное отверстие 170 тороида 160. Как показано дополнительно на фиг.6-7, тороид 160 содержит две по существу плоские верхнюю и нижнюю поверхности 161 и две изогнутые наружу боковые стенки 163, ограничивающие внутренний резервуар 162.
Когда насос 100 сжимается внешним усилием вдоль продольной оси, проходящей через насос, как, например, во время фазы шага пользователя, сжимается тороид 160, и существенный объем текучей среды внутри его внутреннего резервуара 162 вытесняется через выпускное отверстие 164 в приемник текучей среды, которым может являться внешнее воздушное пространство. Когда внешнее усилие на насос 100 уменьшается или устраняется, эластомерный материал, в частности боковая стенка 163 тороида 160, заставляет тороид 160 возвращаться или растягиваться обратно в свою исходную конфигурацию благодаря своей упругой памяти и/или упругости. В результате тороид 160 тянет текучую среду из источника текучей среды во внутреннюю полость 162 через впускное отверстие 166. Запорный выпускной клапан 165, такой как односторонний клапан вытеснения, и односторонний впускной запорный клапан 167 могут быть связаны с внутренней полостью 162 при выпускном отверстии 164 и впускном отверстии 166, соответственно.
Когда впускной клапан 167 соединяют с камерой, такой как пространство, расположенное рядом с гнездом 52, текучую среду откачивают из камеры/гнезда 52 насосом 100. Поскольку остаток 60 и вкладыш 62, по существу, герметично присоединены к гнезду 52 по периферии остатка 60, откачивание текучей среды из герметичного гнезда 52 приводит к отрицательному давлению или разрежению, образующемуся в гнезде 52 вокруг остатка 60. В результате, насос 100 функционирует как вакуумный насос, который удерживает гнездо 52 с вкладышем 62 и/или остатком 60. Таким образом, вакуумный насос 100 удаляет текучую среду, в данном случае воздух (который может включать влагу из конечности), из пространства между протезным вкладышем 62 и гнездом 52 после помещения остатка 60 и вкладыша 62 внутрь гнезда 52. Гнездо 52 может также быть размещено так, чтобы текучая среда удалялась из пространства между вкладышем 62 и кожей остатка 60, что должно дополнительно облегчать устранение потения.
В искусственной конечности, такой как конечность 50, показанная на фиг.1, усилие сжатия является результатом массы пользователя, передаваемой через остаток 62. В положении стоя масса пользователя распределена между искусственной конечностью 50 и другой нижней конечностью пользователя. Однако когда пользователь делает шаг во время ходьбы, основная часть массы приходится на конечность 50, так как она сцеплена с землей ступней 56. Усилие продолжается до тех пор, пока не отрывается палец, когда ступня 56 поднимается от земли. Усилие остается снятым на протяжении фазы колебания, когда конечность 50 перемещают вперед на еще один шаг. Усилие сжатия затем опять повторно прикладывается к конечности 50 и насосу 100 при контакте ступни 56 с землей. Таким образом, когда пользователь идет, усилие сжатия неоднократно прикладывается к тороиду 160 и снимается с него возвратно-поступательным образом. Данный процесс имеет следствием, в целом, непрерывное выталкивание текучей среды из гнезда 52, создавая полезное разрежение в гнезде 52, как описано выше, что особенно полезно во время фазы колебания, чтобы удерживать прикрепление между конечностью 50 и гнездом 52.
Кроме помощи в удержании искусственной ноги 50 на остатке 60, удаление текучей среды из пространства между гнездом 52 и вкладышем 62 увеличивает уровень подгонки гнезда, улучшая способность пользователя чувствовать ударные волны, проходящие через протезную конструкцию или искусственную ногу 50 и в остаток 60. Это может иметь следствием "комплекс ощущений" восприятия и повышенную информированность в отношении местоположения искусственной ноги 50 под пользователем. Хотя текучая среда, описываемая относительно фиг.1, представляет собой воздух, текучая среда может означать любой подходящий тип газа, включающий кислород, азот или воздух с добавлением влаги или без нее.
Эластомерный тороид 160, предпочтительно, образован из эластомерного материала, включающего, но не ограниченного термоотверждающимся уретаном, термопластическим уретаном или другим подходящим эластомером. В другом варианте осуществления тороид 160 спрессован из термоотверждающегося уретана в две половины, которые соединяют вместе с образованием воздухонепроницаемого уплотнения 171 по периметру наружной стенки 163 и аналогичное уплотнение (не показано) вдоль периметра внутренней стенки 163. Кроме уплотнений, образованных в процессе изготовления, тороид 160, внутренняя и наружная стенки 163 образуют, по существу, непрерывную эластомерную стенку, окружающую внутренний резервуар 162.
В еще одном варианте осуществления тороид 160 имеет наружный диаметр, равный приблизительно от 5,08 до 6,35 см (от 2,00 до 2,50 дюймов), и внутренний диаметр, равный приблизительно от 2,54 до 3,81 см (от 1,00 до приблизительно 1,50 дюймов), более конкретно, приблизительно 2,87 см (1,13 дюймов). Толщина стенки составляет от приблизительно 0,25 см до приблизительно 0,51 см (0,10 до приблизительно 0,20 дюймов), более конкретно, приблизительно 0,33 см (0,13 дюймов) толщины. Толщина стенок тороида 160 определяет его сжимающее и расширяющее свойства, а также его упругость при вращении вокруг продольной оси, проходящей через насос 100, что обсуждается более подробно ниже. Упругость при вращении зависит, преимущественно, от толщины наружной стенки, а упругость сжатия/расширения зависит, преимущественно, от общей толщины стенок.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1-7, а более конкретно на фиг.4, цилиндр 120 помещен внутрь корпуса 140 в отделении 142. Форма и размер штока 120 и отделения 142, предпочтительно, подобраны взаимодополняющим образом, так чтобы шток 120 плавно ходил в продольном направлении внутри отделения 142, при прикладывании и устранении сжимающего усилия. Направляющие 144, 145 предусмотрены для облегчения плавного движения штока 120, причем направляющие 144 предусмотрены внутри отделения 142, а направляющие 145 встроены во внутренней стенке 141 корпуса 140 рядом с отделением 142. Крепежный элемент 124 прикрепляет шток 120 на конце 122, противоположном концевому креплению 130. Указанный крепежный элемент 124, как, например, винт с широкой головкой, показанный на фиг.4, сцепляет внутренний участок 146 корпуса 140, чтобы ограничивать движение штока 120 и удерживать его во внутреннем отделении 142.
На другом конце штока 120 концевое крепление 130 смещается со штоком 120, когда он смещается внутри отделения 142. Концевое крепление 130 включает установочную конструкцию 132, сконфигурированную для прикрепления к еще одному компоненту протеза, с использованием протезного соединительного устройства, включающего, но не ограниченного пирамидальным соединительным элементом (не показано). Установочная конструкция 132 включает в себя множество винтов 134 для прикрепления насоса 100 к другому компоненту протеза, например гнезду, опорной стойке, ступне и/или любому другому подходящему компоненту.
Корпус 140 также сконфигурирован для присоединения к еще одному компоненту протеза. Как показано на фиг.2, 4 и 5, конец корпуса 148, противоположный тороиду 160, сконфигурирован для прикрепления к еще одному компоненту протеза, в частности компоненту, имеющему конец трубчатого или столбчатого типа. Корпус 140 содержит цилиндрический паз 150, размер и форма которого подобраны, чтобы принять конец трубки. Разъем 152 в стенке корпуса 149 действует с зажимом 154, чтобы обеспечить надежное скрепление корпуса 140 с компонентом. На фиг.3 корпус 140 показан с концом 148, образованным для непосредственного крепления к протезной ступне 156. Таким образом, устраняется необходимость в дополнительных крепежных компонентах, а общая масса и высота искусственной конечности могут быть уменьшены.
Протезные концевые крепления насоса 100 могут значительно изменяться в зависимости от компонентов, к которым предполагается прикреплять насос 100. Однако данный трубный зажим в корпусе представляет собой пространственно эффективное решение, которое обеспечивает возможность регулирование непрерывной длины посредством обрезания крепежной трубки до правильной длины.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1-7, насос 100 разработан не только, чтобы качать текучую среду и/или генерировать разрежение благодаря применению и устранению осевых сжимающих усилий, но он также обеспечивает амортизацию для искусственной конечности и/или вращательное сопротивление между штоком 120 и корпусом 140. В частности, тороид 160 действует в качестве пружины сжатия, торсионной пружины и в качестве генерирующего разрежение устройства. Эластомерный материал вместе с тороидом 160, помещенным посередине между верхними компонентами искусственной конечности и нижними компонентами конечности, помогает поглощать удары, обусловленные ударными или другим жесткими силами. В результате эти силы для пользователя и искусственной конечности ослабляются и смягчаются.
Тороид 160 снабжен множеством выступов, как, например, торсионных ребер 168, 169, выступающих из обеих поверхностях тороида. Один набор выступов 168 сцепляется или соединяется с пазами или желобками (не показано) в концевом креплении 130, размер и форма которых подобраны, чтобы принимать ребра 168. Аналогичным образом другой набор торсионных ребер 169 сцепляется с отверстиями или желобками 155, образованными в верхней поверхности 143 или тороидном конце корпуса 140. Данные торсионные ребра 168, 169 удерживают концевое крепление 130 и корпус 140 от независимого вращения. Однако когда торсионная сила прикладывается к искусственной конечности, составные элементы, соединенные с насосом 100 на концевом креплении 130, могут изгибаться относительно составных элементов, соединенных с насосом 100 на корпусе 140. Упругий эластомерный материал тороида 160 обеспечивает возможность для скручивающего движения, а также возвращает компоненты в их исходное расположение вдоль одной линии при прекращении торсионной силы. Данная способность также повышала комфорт и полезность искусственной конечности для пользователя. Количество вращения можно регулировать посредством геометрии ребер 168, 169 и тороида 160 или посредством материала и/или твердости тороида 160.
Насос 100 в соответствии с настоящим изобретением имеет значительные преимущества над предыдущими разработками насосов. Одним преимуществом является маленькое количество необходимых частей, что означает, что насос является более простым и эффективным по затратам для производства и обслуживания. Еще одно преимущество состоит в том, что текучая среда, проходящая через насос, находится в контакте только с внутренней частью тороида 160 и запорных клапанов 165, 167. Тороид 160 выполнен из эластомера, который имеет превосходную коррозионную стойкость. Таким образом, конструкция может прокачивать коррозийные текучие среды без значительных вредных воздействий. В примере, показанном на фиг.1, во внутреннюю полость 162 тороида 160 из гнезда 52 будет вытягиваться не только воздух, но также влага, такая как пот, которая является коррозионной.
Насос 200, показанный на фиг.8, аналогичен в работе насосу 100, показанному на фиг.1-7, за исключением того, что насос 200 содержит тороид 220, расположенный в пределах внутреннего отделения 203 корпуса 202. Пустотелый шток 210 также помещен внутрь корпуса 202 и расположен рядом с тороидом 220. Шток 210 совершает возвратно-поступательные движения в пределах внутреннего отделения 203 вдоль втулки 205 и стержня 215, который проходит через конец цилиндра 210 и расположен по центру тороида 220. Стержень 215 прикреплен к корпусу 202 на первом конце 216, а второй конец 217 расположен внутри отделения 212 во внутренней части 211 штока 210. Пружина 218 расположена вокруг стержня 215 для прикладывания усилия возврата при сжатии тороида 220. Через тороид 220 проходит односторонний клапан 222. При применении усилия сжатия шток 210 смещается в направлении тороида 220, сжимая тороид 220 и пружину 218. Отделение 212 смещается относительно второго конца 217 стержня 215. Поскольку тороид сдавливается, текучая среда перемещается через выпускное отверстие 224 во внутреннее отделение 211. При уменьшении или устранении усилия сжатия текучая среда втягивается в тороид 220 через впускное отверстие 226, так как пружина 218 возвращает цилиндр 210 в его исходное положение. Как изложено выше, если впускное отверстие 226 пневматически связано с герметизированной камерой/гнездом, насос 200 может быть применен, чтобы подавать разрежение внутрь протезного гнезда, как обсуждалось относительно фиг.1-7.
В варианте осуществления, показанном на фиг.9, односторонний клапан 240 протягивается через тороид 250. Односторонний клапан 240 включает входной канал 242 для приема текучей среды из внешнего источника, впускное отверстие 244 для приема текучей среды из тороида 250 при сжатии тороида 250 и выпускное отверстие 246, через которое вытесняется перемещаемая текучая среда.
Вариант осуществления, показанный на фиг.10, является аналогичным вариантам осуществления, показанным на фиг.8 и 9, за исключением того, что он содержит эластомерную конструкцию 280, которая является не тороидальной по форме, расположенную между внутренней частью корпуса 260 и возвратно-поступательным цилиндром 265. Эластомерная конструкция 280 включает в себя односторонний клапан 282, содержащий впускное отверстие 284 и выпускное отверстие 286, которое проходит приблизительно через центр эластомерной конструкции 280, чтобы перемещать текучую среду в эластомерную конструкцию 280 и из нее при сжатии/расширении.
Фиг.11 показывает насос 300, содержащий шток 320, расположенный внутри корпуса 340. Шток 320 и корпус 340 содержат установочные конструкции 322, 342, соответственно, для присоединения к другим протезным составным элементам. Эластомерный тороид 330 расположен вокруг штока 320 и помещен посередине между штоком 320 и корпусом 340 внутри фланцев 321, 341, соответственно, на наружном диаметре каждой трубки. Упругий элемент 325 присоединен к цилиндру 320 и расположен таким образом, чтобы контактировать с корпусом 340. При применении усилия сжатия шток 320 и корпус 340 перемещаются относительно друг друга, сжимая тороид 330 и упругий элемент 325. При высвобождении силы упругий элемент 325 возвращает шток 320 в его исходное положение, позволяя тороиду 330 снова растягиваться. Данный вариант осуществления обеспечивает возможность для уменьшения толщины стенки тороида 300 потому, что упругий элемент 325 способен обеспечивать основное возвратное усилие.
Фиг.12 и 13 показывают насос 350, который очень похож на насос 100, показанный на фиг.1-7. Однако насос 350 включает эластомерную конструкцию 360, которая не содержит внутренней стенки. Вместо этого конструкция 360 образована по существу с C-образной наружной стенкой 362, которая герметично установлена напротив наружной поверхности 355 штока 354, чтобы образовать пустотелую внутреннюю полость 364. Конструкция 360 остается герметизированной с наружной поверхностью 355 штока, даже когда шток 354 смещается относительно конструкции 360 и корпуса 370.
Фиг.14 показывает насос 380, который также аналогичен насосу 100, показанному на фиг.1-7. Однако насос 380 содержит тороид 390, имеющий внутреннюю стенку 392, которая благодаря различию в толщине изгибается внутрь в сторону штока 382 и от наружной стенки 394. В результате для внутренней стенки 392 требуется толщина меньше, чем толщина наружной стенки 394 для того, чтобы добиться необходимой вращательной, сжимающей и расширяющей упругости тороида 390.
Фиг.15 и 16 показывают насос 400, который не включает возвратно-поступательное движение штока внутри корпуса. Вместо этого насос 400 содержит корпус 405, имеющий верхний соединительный компонент 410 и нижний соединительный компонент 420. Как показано, верхний соединительный компонент 410 включает в себя пирамидальный соединительный элемент 412, а нижний соединительный компонент 420 включает в себя соединительное устройство 422 для приема пирамидального соединительного элемента. Нижний элемент 414 верхнего компонента 410 сконфигурирован так, чтобы зацеплять верхний элемент 424 нижнего компонента 420, образуя глазообразный пружинный участок 406, внутри которого расположен упругий пустотелый элемент 430.
Упругий элемент 430 выполняет аналогичную функцию, что и тороид в описываемых выше вариантах осуществления. Впускной и выпускной односторонние запорные клапаны 431, 432 расположены в пневматическом соединении с полым внутренним пространством 434 элемента 430. Как верхний компонент 410, так и нижний компонент 420 содержит соединительные элементы 415, 425, соответственно, которые зацепляют упругий элемент 430 и передают на него усилия сжатия. Когда насос 400 подвергается действию силы сжатия, верхний компонент 420 и нижний компонент 420 смещаются относительно друг друга, вызывая сжатие упругого элемента 430, и перемещают текучую среду из внутреннего пространства 434. При устранении усилия сжатия глазообразный пружинный участок 406 помогает в расширении упругого элемента 430, перемещая текучую среду из пневматически связанной камеры и во внутреннее пространство 434.
Фиг.17 и 18 показывают насос 450, аналогичный насосу, показанному на фиг.15 и 16. Пустотелый упругий элемент 480 расположен внутри пружинного участка 455, сформированного между верхним и нижним соединительными компонентами 460, 470. Верхний и нижний соединительные элементы 465, 475 зацепляют упругий элемент 480, а впускной и выпускной клапаны 481, 482 находятся в пневматическом соединении с внутренним пространством 484. Вместо глазообразного пружинного участка пружинный участок 455 является, в целом, C-образным и сформирован из единственного компонента. Как и с глазообразной пружиной, C-пружина 455 помогает во время расширения упругого элемента 480 после устранения усилия сжатия.
Фиг.19 показывает насос 450, расположенный внутри протезной ступни 490. Нижний компонент 470 в данном варианте осуществления включает конструкцию для расположения и прикрепления непосредственно в протезной ступне 490. Как показано, насос 450 предоставлен на участке пятки ступни 490 таким образом, чтобы усилие сжатия прикладывалось к насосу 450 при ударе пяткой во время цикла ходьбы.
Фиг.20 и 21 также показывают насос 500, расположенный в пределах участка пятки протезной ступни 510. Насос 500 содержит упругий клиновидный компонент 520, имеющий пустотелый внутренний резервуар 522 в пневматическом соединении с впускным и выпускным клапанами 524, 525. Как и в других вариантах осуществления, усилие сжатия, преимущественно прикладываемое во время удара пяткой, сдавливает упругий клинообразный элемент 520, выталкивая текучую среду из полого внутреннего пространства 522. При высвобождении усилия клинообразный элемент 520 растягивается, вытягивая текучую среду из пневматически связанной камеры. В данном варианте осуществления сами пружинные свойства протезной ступни 510 помогают в расширении клинообразного элемента 520.
Фиг.22 и 23 показывают насос 550, опять же расположенный в участке пятки протезной ступни 560, имеющий упругий клинообразный элемент пятки 562. В данном варианте осуществления насос 550 образован из упругого цилиндра 551, имеющего впускной и выпускной клапаны 552, 553, соответственно, расположенные в продольном направлении на противоположных концах цилиндра 551. Упругий цилиндр 551 помещен внутрь упругого клинообразного элемента пятки 562 таким образом, чтобы усилие сжатия прикладывалось к цилиндру 551 во время ходьбы, особенно при ударе пяткой. В данном случае упругий клинообразный элемент пятки 562 не только передает усилие сжатия насосу 550, но также помогает в расширении упругого цилиндра 551, чтобы вытягивать текучую среду из пневматически связанной камеры.
Вакуумный насос настоящего изобретения в своей основе содержит упругий пустотелый элемент, пневматически связанный с впускным и выпускным клапанами. Данный упругий элемент расположен внутри конструкции, имеющей, по меньшей мере, две поверхности, которые перемещаются относительно друг друга возвратно-поступательным образом. Упругий элемент неоднократно сдавливается и растягивается между двумя поверхностями благодаря применению и устранению усилия сжатия, прикладываемого к насосу. Каждое сжатие выталкивает текучую среду из полого внутреннего пространства внутри упругого элемента, а каждое расширение втягивает текучую среду обратно во внутреннее пространство через впускной клапан. Когда впускной клапан пневматически связан с камерой, сжимающее действие насоса будет выталкивать текучую среду из камеры. Если камера герметизирована, образуется разрежение. В случае искусственной конечности включение насоса внутрь компонентов конечности будет обеспечивать по существу постоянное разрежение для подачи в остаток, расположенный внутри гнезда, во время нормального использования конечности, как, например, во время ходьбы. Более того, насос может уменьшить воздействие толчков на остаточную конечность и обеспечить постепенное увеличение сопротивления торсионному движению.