可调节的渐进式接头制动装置 背景技术
本发明涉及灯支撑架的领域。特别涉及可用于手术室、牙科手术室、以及类似场所的可调节的灯组件，这将会特别结合与此进行描述。然而可以想到，本发明还可用于支撑灯的各种广泛的场合。
在医院的手术室、牙科手术室，及类似场所，连接支撑架通常用作定位手术照明灯，以便照明病人的外科手术部位。该支撑架用来将一个或多个灯头悬挂在天花板或安装到墙上，并且使得该灯头可以在手术室中以多个自由度移动到不同的位置。当灯头在范围内的任何位置上时，该支撑架的臂需要使与其连接的灯头平衡。该臂上通常装设有弹簧，以辅助平衡臂。然而，该臂通常在一段时间之后容易移动，从而使得灯头离开原位置。另外，当臂以不同角度定位时，该弹簧不能够充分补偿产生的力差。
本发明提供了一种新的、改进的可调节的渐进式接头制动装置及其使用方法，其克服了上述涉及的问题以及其他的问题。
【发明内容】
根据本发明的一个方面，提供了一种臂组件。该臂组件包括第一臂部、第二臂部、以及接头，该接头用于相对于第一臂部在一定的旋转方向范围内定位该第二臂部。该接头包括轴承；第一和第二相对的壳体元件，其对该轴承施加第一制动力；以及弹簧臂机构，可操作地连接于该接头。该弹簧臂对轴承施加第二制动力。该第二制动力根据第二臂部相对于第一臂部的旋转方向而改变。
根据本发明地另一个实施例，提供了一种平衡臂组件的臂部的方法。该臂组件包括接头，该接头具有第一和第二相对可旋转的、由轴承间隔开的壳体元件。该臂部连接到第二壳体元件上。该方法包括在第一方向上，在壳体元件和轴承之间施加夹紧压力以产生恒定的制动力，该制动力可防止第二壳体元件相对于第一壳体元件的旋转。该方法进一步包括，在通常与第一方向垂直的方向上，在至少一个壳体元件和轴承之间施加可变化的夹紧压力，以产生可变化的制动力，该制动力可克服第二壳体元件相对于第一壳体元件的旋转，该可变化的夹紧压力根据第一和第二壳体元件的相对旋转位置而变化。
本发明的至少一个实施例的优点是，即使当灯的重心移动时，本发明也可使得与该灯连接的弹簧臂保持在限定位置的任何位置上。
本发明的至少一个实施例的另一个优点是，本发明可调节制动装置从而产生变化的制动力。
本发明的至少一个实施例的另一个优点是，通过弹簧张力和制动作用的结合可使得弹簧臂随意调节，从而可使得弹簧臂设定到一定角度范围的任何位置。
本发明的其他优点，对于本领域的普通技术人员来说，在阅读和理解了以下优选实施例的描述之后将会显而易见。
【附图说明】
本发明采用了各种部件和部件的排布，以及各种步骤和步骤的排布。附图仅用于解释所示出的优选实施例，而并不用于限制本发明。
图1为根据本发明的照明装置的立体图；
图2是图1中的照明装置的连接的臂组件的放大立体图；
图3是图2中的臂组件的分解立体图；
图4是图2中的臂组件的接头的分解立体图；
图5是图2中的臂组件的接头的另一个分解立体图；
图6是图2中的臂组件的接头的再一个分解立体图；
图7是图2中的臂组件的接头的另一个局部分解立体图；
图8的示意性截面图示出了施加到图2中的接头的轴承环上的力；
图9的示意图示出了图2中的弹簧臂的位置范围；
图10是图2中的接头在上部的立体图；以及
图11是图2中的接头在下部的立体图。
【具体实施方式】
参照图1所示，照明装置包括许多枢轴臂组件，在被照明或检查的病人或其他地点上方用于支撑灯和其他设备。特别是，该照明装置包括第一臂组件10、第二臂组件12、第三臂组件14、第四臂组件16、和第五臂组件18，设定的每一部分都用于支撑灯头20、22，监控器24，26，活动作业灯28，或牙科或外科手术过程中使用的其他设备的部件。而照明装置将参照结合外科手术照明装置进行特别地说明，如图1所示，可以想到，本系统可能包括单个的旋转臂组件或用于各种不同场合的几个组件。
臂组件10、12、14、16、18通过中轴30装配到支撑部分32上，例如装配到天花板或安装到墙壁的板上。该臂组件12、14、16使得每个灯头20、22，和作业灯28的发光元件(未示出)定位，以便在检查对象的上方获得所需的照明高度。臂组件相互铰接，以定位该设备。特别是，每一个该臂组件均包括两个或多个以接头50、52铰接的臂部34、36、38、40、42、44。根据臂部的数量，每个臂组件都可以具有一个以上的接头。
现参照图2-9所示，接头52中的至少一个采用以下将要详细描述的接头制动装置，即使活动作业灯28(图1)、灯头56(图9)、或其他设备的重心发生移动，该接头制动装置也可使得连接到上面的弹簧臂42仍然保持在限定的位置。可以想到，相同的接头和制动装置能够方便地用于所有的接头，但是也可以想到，该照明装置中的一些接头50也可以按照传统的方式操作。
如图4和图5所示，接头或采用接头制动装置的接头52包括一对相对的壳体元件60、62，在两壳体元件之间设置有环形轴承64。该轴承由聚合材料，如聚酰胺，或其他合适的材料制成，这使得在轴承上，相邻的壳体元件表面可以滑动。从而该壳体元件60、62可通过轴承64的滑行特性而相对运动。
该轴承64特别适合于传递轴向和径向力。特别是，如图8所示，该轴承64包括具有相对的表面68、70的环形圆盘部分66。径向凸缘72、74通常在圆盘66的内部外围边缘75上，从圆盘的表面68、70，并与其垂直的、在相对的方向上延伸，从而使得该轴承64具有整体的T形横截面。该壳体元件60、62分别包括杯状部分76、78，每个杯状部分具有中空的内部80，以及在其开口端86、88处具有环形的轴承表面82、84。轴承64的圆盘部分66位于相对的环形表面82、84之间，而每个径向凸缘72、74安设在邻近各个开口端86、88的台阶或支撑架90、92上。通过轴承64产生的摩擦力可进行制动，正如下面将要详细描述的。
特别参照图4-6所示，该壳体元件60、62通过夹紧组件96而夹紧在一起。特别地，该壳体元件60、62通过在之间延伸的心棒或枢轴销98而可拆卸地连接起来。轴98穿过壳体元件62的杯形部分78上的中心孔100而安装。心棒的头部102位于孔100周围的凹槽106的垫圈104上。心棒的轴108穿过孔100，并且穿过相应的壳体元件60的杯形部分76中的中心孔110。心棒轴108的远端112通过滑键(导向键)114而紧固到壳体元件76上。该滑键可防止壳体元件60和心棒轴108之间的相对转动。
如图5和7所示，该壳体元件60、62在心棒98上通过夹紧组件96的夹紧装置120而夹紧到一起。所示出的夹紧装置120包括夹紧组件座122、螺杆座(螺杆支撑件)124、以及用于可变地调节夹紧压力的装置，例如制动螺杆126。该座122和螺杆座124安装到孔110周围的凹槽125内，并且通过销子128锁定到壳体元件60上。该制动螺杆126具有螺纹轴，该螺纹轴安装到心棒98的末端上的相应的螺纹孔129中。该制动螺杆首先穿过位于夹紧组件座122和螺杆座124上的中心孔。然后该制动螺杆126顺时针旋转，带动心棒轴在箭头A(图5)的方向上移动，从而使得该壳体元件60、62相对于轴承64夹紧。
该制动螺杆126可调节(例如，通过螺纹或通过非螺纹进行调节)直到壳体元件60、62在所需的压力程度下夹紧，正如以下将详细描述的，其中，当施加有足够的旋转力时，该壳体元件能够相对彼此旋转。在轴承上该壳体元件的夹紧可产生线性制动力，该线性制动力可以通过制动螺栓而进行调节。一旦调节完成，通过该制动盘130可将该制动螺杆126保持在相对壳体元件60的位置，并通过顶帽132和螺栓134而夹紧到座122和壳体元件60上。如图7中所示，该制动盘130具有中心孔136，该中心孔的直径足够大以便安装该制动螺杆126的头部138。两个键孔槽140从孔的相对两侧径向延伸，并且适合于安装在制动螺杆的头部形成的相应的侧突起142(例如，通过穿过该头部的销子)。键孔槽140可防止制动螺杆相对于盘130旋转，该盘如上所述地固定到壳体元件60上。该盘130可以保持制动螺杆的位置，并且可防止在接头的工作工程中，螺杆发生不期望的转动。
如所示出的，心棒98夹紧到了壳体元件60上，然而也可以想到，该心棒也可以选择夹紧到第二壳体元件62上，此时，第一壳体元件可以围绕心棒旋转。例如，心棒可以在图4和图5所示的相对的方向上穿过壳体元件，此时，该夹紧机构固定到壳体元件62上。
如图4所示，每个壳体元件60、62均包括中空的管状部分150、152。该管状部分150、152分别从杯形部分76、78延伸，其内孔154的近端进入杯形部分的中空内部80。该管状部分150、152通过螺纹、销钉、焊接、或另外方式，将其末端连接到各自的中空臂部40、42。在一个实施例中，该管状部分150可拆卸地连接到臂部40上，以使得接头52和弹簧臂42可以更换为所需的不同的接头和弹簧臂组件。例如，作业灯28可以与灯头20、22互换。
如图5和6所示，分别连接到接头52上的管状部分150、152可作为光缆套156的入口和出口。在一个优选实施例中，该光缆套156内部携带有光纤光缆(未示出)，该光纤光缆从光源158(图1)将光传送到手动作业灯28的末端。因此，通过适当的轴连接器，例如相对于轴30枢轴连接的连接器164，光缆套156(或其互连部分)从包括白炽灯头的光源158延伸，穿过轴30进入臂部40。光缆套156、以及其内的光纤光缆通过接头52，从臂部40传送到弹簧臂42，然后到达活动作业灯28的末端。
可选择地，如图9所示，光缆套通过弹簧臂42和光纤光缆将光传送到安装在灯头54内的光出口160。灯头通过轭架162装配到弹簧臂42的末端。光缆套156可随意地通过轭架到达连接器166，而连接器在灯头和轭架162之间提供可拆卸地连接。
可选择地或另外地，光缆套156还可携带电线，用于向安装到头灯上的普通头泡供给电能，或者向头灯的操作元件，如透镜聚焦装置及其类似供给电能。当弹簧臂42连接到监视器，如监视器24上时，该光缆套还可携带视听输入和输出连接光缆。而在另一个实施例中，电线和/或光纤光缆分别从臂组件传输或从接头外部的臂部之间通过。
如图2和图3所示，该弹簧臂42包括转接器168和第一和第二管状套筒部分170、172。该套筒部分滑动地连接在一起。该套筒部分170通过中间的转接器168而刚性地连接到壳体元件62的管状部分152上。该套筒部分170容置穿过其中的光缆套156和弹簧臂机构174。该第二套筒部分172可伸缩地连接到第一套筒部分170的端部，以形成伸缩臂42。
如图4所示，弹簧臂机构174包括内螺纹调节螺母178，其安装到相应的可伸缩的螺纹中空杆180的一端。该杆限定出内孔，以配合通过其中的光缆套156。施力装置，如螺旋弹簧182，支撑在杆180的周围，并且在调节螺母和传力元件184之间延伸，该传力元件可方便地制作成圆盘。圆盘184安装在杆182的另一端周围。圆盘184位于转接器168内的内部搁板(未示出)上，而该转接器限制了圆盘在接头方向上的轴向运动。该弹簧在调节螺母178和圆盘184之间保持压缩状态，这将推动圆盘在箭头B(图5)的方向逆着内部支架向上运动。通过在一个方向上旋转调节螺母178，杆180的有效长度可增加，从而相应地可减少弹簧182的压缩量。通过在反方向旋转调节螺母178，杆的有效长度可减少，从而相应地增加了弹簧的压缩量。该弹簧182通过拉动拉杆186和逆着内部支撑架使劲推动圆盘184，而趋向于克服该压缩力。优选地，管172包括窗口(未示出)，以接近调节螺母，允许使用直杆或其类似进行调节。
杆180通过枢轴的拉杆186而枢轴地安装到部件188(图6)上。该部件刚性地安装到壳体元件60，位于内部空间80中。部件188内的孔190可容置穿过其中的心棒98(图4)。特别地，在与心棒径向间隔的点上，枢轴拉杆186通过枢轴销或螺栓192而连接到该部件上，这样，壳体元件62和弹簧臂42在一个方向上(顺时针)的旋转可增加弹簧182的压缩力，而在相反方向上(逆时针)地旋转可减少弹簧的压缩力。
如图4所最佳示出的，该枢轴拉杆包括第一拉杆部分194，包括一对平行、间隔的臂。臂194A、194B连接到杆180的邻近的一端上，而且上述臂的另一端通过枢轴销198连接到第二拉杆部分196。两部分194，196的枢轴连接使得螺栓192可随着部件188围绕心棒98旋转而从杆180的轴线移开。
弹簧臂机构174在套筒部分170和肩部168中延伸，且被引导进入壳体元件62的管状部分152。通过首先将其插入然后使其通过弹簧臂机构174，该光纤光缆套154被引导通过接头52。光缆导引件200，位于拉杆186的两臂之间，用来确保光缆18穿过弹簧臂机构174而自动传送，并且沿着光缆导引件到达壳体元件60的管状部分150。
如图4、图5、和图6所示，销子202在与孔190和螺栓192径向间隔的点上从部件188延伸。在邻近开口端，该销子沿着壳体元件62的杯形部分78形成的弯曲槽204(图5)滑动。该槽限制了壳体元件60、壳体元件62的旋转量。在一个优选实施例中，销子202和槽204使得壳体元件相对旋转的最大角度约为100°。例如，如图9、图10、和图11所示，如果壳体元件60的管状部分150排列在垂直方向，则壳体元件62是可旋转的，因而弹簧臂42位于第一方位U(图10)，其位于水平方向之上约15°，并且可以旋转100°，到达第二方位D(图11)，其位于水平方向之上约85°，即，几乎与管状部分150共线。臂42能够选择性地设置到该两个方向U、D之间的任何径向位置。
弹簧182中产生的压缩力可基于弹簧臂42相对于上臂40的角度而变化。当弹簧臂位于位置U(图10)时，弹簧的压缩力最小，该压缩力作用于杆180，以拉动使其离开接头52。随着弹簧臂42朝着位置D(图11)旋转时，弹簧力增加。该弹簧力试图朝着位置U向上推动臂42。该弹簧力也会沿着弹簧臂42的轴线在方向B，相对壳体60的杯形部分76而拉动壳体62的杯形部分78，如图5和图8所示。特别地，圆盘184通过弹簧180逆着转接器168的内部支撑架而更加稳固地压缩，用足够的力量推动转接器和整个壳体元件62，使其在箭头B所指的方向上移动一小段距离(即，通过将两个壳体元件夹紧在一起，在通常垂直于心棒98的方向上，以及在箭头A所指的方向上施加力)。这样，会在杯形部分76、78和半径凸缘72、74之间产生径向力F1。取决于壳体元件62相对壳体元件60的角度位置，通过弹簧臂42作用在轴承环64上的径向力可变化。轴承64上的元件的最大径向力在水平线以下85°的最大位置获得。结果，随着弹簧臂从最小值位置U移动到最大值位置D，产生的元件制动力F1将逐渐增加。该力在台阶90，92的侧壁206以及轴承的半径凸缘72、74的相邻面之间产生。该制动力趋向于更牢固地夹紧壳体元件，从而由于弹簧压缩量增加，使得弹簧臂升高的趋势降低。摩擦力基本上可以克服压缩弹簧的力，因而臂可以保持在位置上。
壳体元件62内的孔100足够大，或者在与箭头B平行的方向上伸长，这使得壳体元件62与壳体元件60的心棒98在箭头B的方向上可有小量的相对运动。
此外，通过用制动螺杆126将两壳体元件60、62夹紧，在箭头A的方向上，轴承环64的圆盘部分66上会产生线性制动力F2。该线性制动力不取决于于弹簧臂42的位置，而只取决于制动螺杆126的夹紧程度。这样，当弹簧臂42位于其最低位置以及弹簧182趋向于朝着水平位置向后旋转臂时，轴承64和壳体元件60、62之间制动力F1将增加，而该制动力在箭头B的方向上抵抗该趋向并且使弹簧臂维持固定在其更低的位置。
通过调节螺母178改变弹簧182的张力，接头52可设置为不同的负荷范围。可选择地或另外地，通过改变螺栓192和心棒98之间的距离，接头52也可设置为不同的负荷范围。特别地，螺栓接近部件上形成的槽(未示出)或甚至从槽的轴线移动。
参照图9和图10，在水平线以上15°的位置U，弹簧臂42具有产生夹紧力的最小弹力，而该夹紧力导致最下的径向制动力。在水平线以下85°的位置上(图11)，弹簧臂具有产生夹紧力的最大弹力，该夹紧力产生最大的径向制动力。在这两个位置之间，产生逐渐改变的元件制动力。
可调节的渐进接头制动装置使得弹簧臂42维持在位置上，因而当作业灯28或灯头56的重心移动时，不会发生“移动”。装配期间，通过调节弹簧182的压缩量以及通过调节制动机构，该弹簧臂42是平衡的。因此，通过弹簧拉紧和制动作用的结合可以调节弹簧臂，也就是说，弹簧臂可以设定在任何位置，并且保持在位置。
如果灯的重心移动，例如，相对于轭架162弯曲作业灯28或者倾斜灯头56，通过弹簧以及通过线性制动机构可进行弹簧臂的平衡。根据制动螺杆的调节度，该线性制动机构如果需要是可调节的(例如，如果灯头用不同尺寸和重量的灯替换)。当弹簧臂用于100°的垂直旋转范围时(例如，在水平线以上约+15°和水平线以下约-85°之间)，弹簧臂和灯随之运动。即使有0N.m的负载转距或负的负载转距，该臂仍可保持稳定。因此，通过弹簧拉力和制动作用的结合，可随意调节弹簧臂(例如，弹簧臂能够设定到任何位置并且保持在该位置)。当接头在垂直平面保持固定时，轴承制动装置中的静摩擦也可用于固定该位置。因此，取决于弹簧臂和垂直平面的位置，该制动机构可以用作提供线性制动力的系统，以及提供逐渐增加的径向制动力。