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Die
Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument (anstelle des Begriffs „chirurgisches
Instrument" wird
hier auch einfach nur das Wort „Vorrichtung" verwendet) zum druckvermittelten
Einbringen einer Nadel, insbesondere einer Trokarnadel in einen
Knochen, und zwar zum Zwecke der Infusion, Injektion, Transfusion, Aspiration,
Anästhesierung
bzw. zur Verabreichung einer sonstigen Medizin oder zur Behandlung
von Patienten, egal ob Mensch oder Tier. Es ist ein für das sofortige
Legen einer Trokarnadel geeignetes Instrument, entweder auf einem
Kriegsschauplatz, nach einem Unfall oder in irgendeiner anderen
Situation, in der sofortige Infusionen oder Injektionen notwendig
sind.
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Besonders
bei Neugeborenen oder Kindern, bei denen sich nur schwer eine Vene
finden läßt, läßt sich die
Vorrichtung mit Erfolg einsetzen. Aber auch bei Erwachsenen stellt
sie eine Alternative zur intraossären Infusion bzw. Injektion
dar, da es einen schnellen Gefäßzugang
gewährleistet,
sowie bei Knochenmarkaspirationen oder Transplantationen.
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Intraossäre Infusionen
und Knochenmarkaspirationen wurden zum ersten Mal in den dreißiger Jahren dieses
Jahrhunderts eingeführt
und wurden vor allem in Notfällen
während
des Zweiten Weltkriegs angewandt, wobei nicht mehr erst langwierig
nach einer zum Einführen
der Nadel passenden Vene gesucht werden mußte. Heutzutage ist das Verfahren
weithin bekannt, jedoch nicht sehr gebräuchlich, weil es schwierig
ist, eine Nadel bzw. einen Trokar unter großem Kraftaufwand in einen Knochen
zu schlagen, hier dem Patienten erhebliche Schmerzen entstehen,
und gleichzeitig eine Infektionsgefahr aufgrund der Notwendigkeit
besteht, die Haut und das Gewebe um den Knochen herum zu öffnen. Der
herkömmliche
Trokar wird verwendet in Form eines spitzen, von einem Röhrchen umgebenen
Mandrins. Dieses Gebilde wird in den Knochen eingetrieben und danach
der Mandrin herausgezogen. Durch das verbleibende Röhrchen kann
dann Flüssigkeit
entweder infundiert oder abgezogen werden.
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Infusionen,
Injektionen, Reanimationen, das Verabreichen von Medikamenten oder
das Setzen einer Narkose durch eine zentrale Vene oder eine periphere
Vene können
häufig
zu Komplikationen führen,
die sich durch intraossäre
Infusion leicht vermeiden lassen.
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Besondere
Anwendungen, bei denen eine Injektion in den Knochen erforderlich
wird, ergeben sich bei der Notwendigkeit eines schnellen Gefäßzugangs,
bei der Injektion von Medikamenten und bei Knochenmarkaspirationen.
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Instrument
zu schaffen, das eine Nadel, insbesondere einen Trokar, definiert
bzgl. Geschwindigkeit, maximalen Druck und Eindringtiefe, sozusagen
quasi programmiert so in das Knochenmark schießt, daß dem Patienten durch die Schnelligkeit
des Vorgangs so wenig Schmerzen wie möglich verursacht werden und
andererseits auch dem verabreichenden Arzt oder Notarzt die Schwere
seiner Arbeit deutlich erleichtert wird. Er braucht damit nicht
mehr mit eigener Kraft den Trokar in den Knochen stoßen und
auch die heute schon bekannten Vorrichtungen nicht mehr benutzen, die
als Anmeldung
DE 44
40 045 A1 als druckgasbetriebene oder in Form der
DE 195 10 455 A1 als
federbetriebene Geräte
her bekannt sind, relativ groß und
schwer bauen, relativ unzuverlässig
sind, unreproduzierbar arbeiten, relativ oft gewartet werden müssen, relativ
unsicher in der Handhabung sind, eine mehr oder weniger lange Einarbeitung
benötigen
und darüber
hinaus wenig Druck- bzw. Energiereserve haben, also sehr schnell begrenzt
sind, wenn eine Anwendung einen wesentlich höheren Druck benötigt oder
ein Trokar oder eine Nadel wesentlich schneller eingeschlagen werden
muß.
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Alle
bisherigen Geräte
sind zudem nicht programmierbar bzgl. Einstechstärke und Einstechgeschwindigkeit,
zudem begrenzt bzgl. maximaler Einstechstärke.
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Der
Hauptvorteil der Erfindung besteht in der schnellen, definierten
und programmierten Einführung der
Trokarnadel in das Gewebe bzw. in den Knochen. Dieses Verfahren
ist für
die intravenöse
Infusion von Vorteil, da nicht mehr viel Zeit verloren geht, um
ein geeignetes Blutgefäß zu finden.
Da das Instrument in seiner Einmalausführung von Anfang an steril
ist, besteht keine Gefahr einer Infektion oder anderweitigen Komplikationen.
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Die
Vorrichtung ist erfindungsgemäß in allen
hier gezeichneten Ausführungen
prinzipiell programmierbar bzgl. Einstechstärke und Einstechgeschwindigkeit,
zudem relativ unbegrenzt bzgl. maximaler Einstechstärke bei
sonst gleichen Abmessungen der Vorrichtung.
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Die
Vorrichtung ist zunächst
für den
einmaligen Gebrauch konzipiert. Ausführungen mit einlegbarem Gasgenerator
und einlegbarem, im Handel erhältlichen
Trokar oder einlegbarer Kartusche, bestehend aus Trokar und Gasgenerator
sind aber ebenso möglich
und hier und da sinnvoll.
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Alle
hier gezeichneten erfindungsgemäßen Vorrichtungen
sind prinzipiell 10 Jahre lang mit höchster Zuverlässigkeit
und ohne gewartet werden zu müssen
einsetzbar, auch nach extremer Umweltbelastung, wie sie sonst nur
von militärischem,
pyrotechnisch betriebenem Gerät
abverlangt wird, – eine
Eigenschaft, die von mechanisch arbeitenden Geräten prinzipiell kaum garantierbar
ist.
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Wie
in 1g dargestellt, umfaßt das Instrument prinzipiell
einen Trokar, bestehend aus einer Hohlnadel 1, die die äußere Form
einer herkömmlichen
Subkutannadel aufweist und einem Mandrin 4, wobei das vordere
Ende spitz ist, ein Nadelgehäuse 2 mit
Ansatz 3, dem Halteknopf 5, einem Kolben 12,
dem Tiefenbegrenzer 19, dem Gasgenerator 14 mit
Zündkontakt 16,
der Batterie 15 und dem Gehäuse bestehend aus Rohr 6 und
Verschluß 7,
das alle Teile zusammenhält
und den in der Regel sehr hohen Drücke widersteht. Die Abschlußkappe 9 bzw.
Abschlußfolie 22 sichert
die Sterilität
der Vorrichtung, wenn diese lange „herumliegt", mehrfach den Aufbewahrungsort ändert usw.
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Zur
Verwendung der Vorrichtung wird einfach die Abschlußkappe 9 bzw.
die Abschlußfolie 22 abgezogen,
die Injektionstiefe mittels dem Tiefenbegrenzer 19 eingestellt,
das Vorderteil an die gewünschte
Hautstelle am Patienten angesetzt und auf den Auslösekontakt 11 gedrückt – Auslösung, die
Nadel fährt
mit einer durch die Aufladung des Gasgenerators und dem eingestellten
Covolumen vorbestimmter Kraft und Geschwindigkeit, quasi programmiert
in die Haut, bei intraossärer
Injektion danach auch in den Knochen des Patienten oder des Tieres
ein. Einfacher, sicherer und zuverlässiger geht es nicht mehr!
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Nach
der Erfindung kann der Arzt noch nachträglich die Einstechstärke über die
Variation eines Covolumens für
den Gasgenerator einstellen, bei einer anderen Ausführung wird
beim Einlegen des Gasgenerators die Einstechstärke entweder vom Gerät oder vom
Gasgenerator selbst mechanisch programmiert und damit eine falsche
Einstellung verhindert: Ein Covolumenring im Verschluß 7 verändert je
nach Einstellung das Covolumen jedes eingelegten Gasgenerators erneut
wie vorher einmal bestimmt, bei einer anderen Ausführung verschiebt
das Gasgeneratorgehäuse
selbst einen Colvolumenring im Verschluß 7 so, wie es vorher
per Versuch einmal als optimal für
die Einstechstärke
ermittelt wurde, siehe 3 und 6.
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Bei
der Auslösung
durch den Druck auf den Auslösekontakt 11 laufen
nacheinander folgende Vorgänge
ab:
Die Batterie 15 wird gegen den Mittelkontakt des
Zündkontakts 16 gedrückt, damit
schließt
sich der Stromkreis Batterie-Mittelkontakt-Glühdraht-Gehäuse-Batterie, der Glühdraht 34 erhitzt
sich, bis an einer Stelle die Zündtemperatur
für den
anliegenden Explosivstoff erreicht ist, der Explosivstoff vergast,
strömt
durch ein Loch im Gasgeneratorgehäuse 14 in den Ausstoßraum 17,
bedrückt
dort den Kolben 12, der wiederum den Handknopf 5 bedrückt und
mit diesem den Trokar aus der Vorrichtung in die Haut des Patienten
schiebt.
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Hierbei
ist es für
die Funktionsweise der Vorrichtung unerheblich, wie die Anzündung selbst
durchgeführt
wird – statt
verschieblicher Batterie kann auch eine fest eingebaute Batterie
mit Taster an Stelle 11 treten, anstelle der Glühdrahtanzündung auch
eine herkömmliche
Anzündung
mittels elektrischem Anzündstück, einem
Anzündstück, das
auf Schlag oder Reibung reagiert, eine Laseranzündung, induktive Anzündung usw., alle
Verfahren, die heute für
pyrotechnische Baugruppen angemeldet oder gar eingesetzt sind.
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Auch
die Ausführung
des Trokars ist hier für
das angemeldete Prinzip unerheblich: Ob es ein handelsüblicher
Trokar ist, der in die Vorrichtung einfach eingelegt wird, ein genau
für die
Verwendung mit dieser Vorrichtung optimierter Trokar oder gar nur
eine Nadel!
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In
allen Fällen
wird eine Nadel oder ein Trokar definiert eingesetzt, der nach dem
Entfernen der Vorrichtung und dem Herausziehen des Mandrins insbesondere
mit einem Infusionsset oder einer Spritze außerhalb des Körpers des
Patientens verbunden werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt Längsschnitte durch einen Trokar,
sowie die der gesamten Vorrichtung
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2 zeigt eine andere Ausführung und
eine Vergrößerung der
Tiefenbegrenzung
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3 zeigt ein Längsschnitte durch verschiedene
Arten, das Covolumen zur nachträglichen Änderung der
Einstichstärke
bzw. Einschußgeschwindigkeit
auszubilden
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4 und 5 zeigen Ausführungen einer Sensorik zur
Verhinderung einer unbeabsichtigten Auslösung des Gerätes
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6 zeigt weitere Ausführungsformen für das Gehäuse, den
Antrieb des Trokars und der Zündschaltung
der eingebrachten Explosivstoffe
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7 zeigt
eine Ausführung
mit Luftdämpfung
des Trokars
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8 zeigt die Ausführung des Antriebs durch Vermittlung
eines Fluids mit all seinen Möglichkeiten
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9 zeigt Ausführungen des Kolbens
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10 und 11 zeigen
Ausführungen
eines am Verschluß einstellbaren
Covolumens
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12 entfällt, nicht vorhanden
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13 und 14 zeigen
den Innenaufbau des Gasgenerators bzw. der Gasgeneratorkartusche
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15 zeigt
eine Kontaktiermöglichkeit
für die
Gasgeneratorkartusche
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Es
versteht sich von selbst, daß die
Form des Gehäuses,
des Kolbens und der anderen Bauteile so variiert bzw. optimiert
werden können,
so lange wie das Verfahren zum Schießen einer Trokarnadel in einen Knochen
aufrechterhalten wird.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Vorab:
Die Zeichnungen zeigen Ausführungen,
wie sie heute optimal für
die Fertigung der Vorrichtung und für den Anwender zu sein scheinen.
Viele Zeichnungen werden dazu benutzt, Variationen von einzelnen konstruktiven
Details vorzustellen, ohne gleich immer alle anderen Teile mitzuzeichnen.
Daher können
die einzelnen konstruktiven Details bzw. Ausführungen untereinander ausgetauscht
werden, ohne am Prinzip etwas zu verändern! So kann in der Regel
beispielsweise eine in 1g gezeichnete
Zündschaltung
mit einem Verschluß 7 in
der Ausführung
aus 6e miteinander kombiniert werden, falls dies erforderlich
oder für
den speziellen Anwendungsfall optimaler ist, usw...
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1 zeigt die Ausführung eines handeslüblichen
Trokars, der mit der Vorrichtung in die Haut und weiter bis in den
Knochen eines Patienten oder Tieres von Hand mit großer Kraftanstrengung
eingetrieben wird. 1c zeigt das komplette Gebilde,
bestehend aus dem Mandrin 4 mit Handknopf 5 (1b)
und der Hohlnadel 1 mit Nadelgehäuse 2 und Ansatz 3 (1a),
an dem bespielsweise ein Tropfer angeschlossen werden kann. Nach
dem Eintreiben des Gebildes wird der Mandrin mit Handknauf entfernt,
es verbleibt nur noch die Hohlnadel in der Haut bzw. dem Knochen
des Patienten.
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1d bis 1f zeigen
ein Gebilde wie vorher beschrieben, nur daß die Teile auf die Verwendung in
der hier vorgestellten Vorrichtung optimiert sind: Es wird nicht
mehr ein großflächiger Handknopf
benötigt, das
ganze Gebilde läßt sich
damit wesentlich schlanker aufbauen, damit wird die gesamte Vorrichtung
ebenfalls schlanker bzw. kleiner.
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Alle
folgenden Ausführungen
werden anhand eines Trokars vorgestellt, es wird nicht weiter erwähnt, daß an dessen
Stelle natürlich
auch nur eine einfache Hohlnadel oder in Sonderfällen auch nur ein Nagel oder ein
Rohrstück
ausgetrieben bzw. in den Patienten oder in das Tier eingetrieben
werden kann.
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Die
in 1g dargestellte Vorrichtung besteht aus einem
Rohr 6, in dem der Trokar aus den Teilen Hohlnadel 1,
Nadelgehäuse 2,
Ansatz 3, Handknopf 5 und Spitze 4 eingelegt
ist. Das Gebilde wird durch die Abgase aus dem Abbrand von Explosivstoffen 33 angetrieben,
die im Gasgenerator 14 untergebracht sind und die auf den
Kolben 12 einwirken und diesen damit bedrücken und
antreiben. Die genannten Teile werden nach hinten durch den Verschluß 7 zusammengehalten,
der gleichzeitig den Zündmechanismus,
hier in Form einer Batterie 15, dem Zündkontakt 16 und dem
Auslösekontakt 11 aufnimmt.
Die Verschlußendkappe
arretiert lediglich den Zündkontakt
und ermöglicht
den Austausch der Batterie 15, wenn man nicht diese Batterie
gleich für
den Anwender unzugänglich,
d.h. für
die gesamte Lebensdauer der Vorrichtung, in das Gehäuse 7 einbringt.
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Teil 19 wirkt
als Tiefenbegrenzer für
den Trokar, indem er die Bewegung des Nadelgehäuses abrupt stoppt. Einstellbar
ist dieser Begrenzer über
den Einstellstift 21, der in eine der Bohrungen 20 eingreift
und damit die formschlüssige
Verbindung schafft. Die Rastnase 24 wird nur eingebracht,
wenn ein nicht einstellbarer Tiefenbegrenzer benötigt wird, sie sichert dann
das Herausfallen des Tiefenbegrenzers 19. Die Abschlußkappe 9 bzw.
die Abschlußfolie 22 schließt die Vorrichtung
bzw. das Rohr 6 steril ab. Während die Kappe 9 in
der Regel vor der Applikation abgenommen werden muß, läßt sich
die Abschlußfolie
auch einfach durchstechen, sofern sichergestellt werden kann, daß keine
Folienteile ablösen
und mit der Bewegung des Trokars in die Haut des Patienten in diese
mit eingebracht werden.
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Nur
andeutungsweise ist mit 23 ein Versandbeutel skizziert,
in dem die Vorrichtung von allen Umwelteinflüssen geschützt und für sich steril versandt und
gelagert werden kann.
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Funktionsablauf:
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Die
Kappe 9 wird abgezogen und die Vorrichtung auf die gewünschte Hautstelle
des Patienten angedrückt.
Durch das Drücken
auf den Auslösekontakt 11 wird
der Mittelkontakt der Batterie 15 gegen die Kraft der Feder 85 auf
den Mittelkontakt des Zündkontakts 16 gedrückt, wodurch Strom über den
Mittelkontakt der Batterie, dem Zündkontakt, dem Glühdraht 34 und
zurück über den
Ringteil des Zündkontakts 16,
das Gehäuse 7,
den Auslösekontakt 11 zum
Minuspol der Batterie fließt,
der den Glühdraht
sehr schnell bis zur Zündtemperatur
des an ihm anliegenden Explosivstoffs erhitzt. Der Zündkontakt 16 besteht
hierbei aus zwei voneinander elektrisch isolierten Teilen, das Gehäuse 7 und
der Zündkontakt 11 sind
aus elektrisch leitfähigem
Material angenommen. Selbstverständlich
läßt sich
der Zündstrom
auch anders leiten, gezeigt ist hier nur die einfachste Version – das Zündstrommanagement
ist auch hier nicht Kernsache der Anmeldung.
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Nach
der Zündung
des Explosivstoffes vergast dieser, es wird eine entsprechende Menge
an Gas erzeugt, das über
Bohrungen in der Lochscheibe 75 und die Bohrung 86 in
den Ausstoßraum 17 gelangt
und dort den Kolben 12 bedrückt bzw. damit antreibt. Der
Kolben 12 ist entweder selbstlidernd ausgeführt, wie
in 9a skizziert oder besitzt im einfachsten Fall
ein Kolbenabdichtsystem 13. Nach dem Einführen des
Trokars wird die Vorrichtung abgezogen, in der Haut bzw. dem Knochen
des Patienten verbleibt letztendlich nur noch die Hohlnadel 1 mit
Nadelgehäuse 2 und
der Tiefenbegrenzer 19, der im Bedarfsfall aber ebenfalls
noch weggezogen werden kann, falls dies notwendig wäre: Zu diesem
Zweck dient eine Nut im Tiefenbegrenzer 19 ähnlich der
Nut 56 (6c) in der Führung 53.
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Die
in 2a gezeichnete Vorrichtung entspricht der in 1g,
nur daß hier
eine Bremsscheibe 25 vor dem Nadelgehäuse 2 eingebracht
ist und der Tiefenbegrenzer 19 durch eine Distanzscheibe 28 intern
quasi verlängert
wird bzw. damit die Einstechtiefe weiter bis auf Null reduziert
werden kann. An dieser Stelle soll nochmals ausdrücklich erwähnt werden,
daß die
gezeichneten konstruktiven Details nur eine möglich, wenn auch optimierte
Form darstellen, für
die Anmeldung hier ist es jedoch unerheblich, ob später beispielsweise der
Tiefenbegrenzer 19 mit Schraubengewinde ausgeführt wird
und in das Rohr 6 je nach benötigter Länge bzw. Wirkung einfach mehr
oder weniger tief eingeschraubt werden kann – die Wirkung beider Teile
sind gleich, nämlich
das definierte Abstoppen des Nadelgehäuses 2!
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Zurück zur Bremsscheibe 25.
Die Bremsung des Nadelgehäuses 2 kann
entweder durch das Bremsscheibendichtsystem 26 über Reibung
selbst erfolgen, oder durch das Komprimieren des Gases im Verschieberaum 18 und
durch mehr oder wenig große
Bohrungen 87 in der Bremsscheibe 25, die als Drosseln
wirken und das Dämpfverhalten
sehr einfach einstellen lassen!
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In 2b ist
die Ausführung
gezeichnet, bei der das Nadelgehäuse 2 und
die oben beschriebene Bremsscheibe in ein einziges Bauteil integriert
sind.
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2c ist
eine Detailansicht des Distanzscheibenbereichs, in 2d und 2e ist
die Bremsscheibe 25 vergrößert dargestellt.
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Die 1 und 2 zeigen
Vorrichtungen, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind,
die jedoch für
das leichtere Verständnis
der nachfolgend beschriebenen Ausführungsforen dienen.
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In 3a ist
erstmals ein Covolumen 35 dargestellt, mit dessen Hilfe
der Druck vor dem Kolben 88 variiert werden kann, ohne
an der Aufladung des Gasgenerators etwas zu verändern! Damit ist es möglich, ein und
denselben in einer Großserie
hergestellten Gasgenerator für
die verschiedensten Zwecke durch das Gerät selbst oder den Anwender
nachträglich
quasi mechanisch bzgl. Einstechkraft der Nadel zu programmieren!
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Funktionsweise:
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Der
Explosivstoff 33 wird vergast und bedrückt den Kolben 88.
Gleichzeitig kann das Gas durch die Bohrungen 89 in der
Covolumenscheibe 32 in das Covolumen 35 strömen. Die
Größe des Covolumens
wird durch die Dichtscheibe 36 über den Covolumenstellring 37 eingestellt:
Dieser kann entweder in die Vorrichtung eingelegt werden, einmal
kurz, einmal lang sein, oder als Ring mit Schraubengewinde ausgeführt sein,
der im Gehäuse 7 eingeschraubt
wird und mal mehr oder weniger weit herausgedreht wird. Je nachdem,
wie groß nun
das Covolumen 35 ist, um so geringer wird der Maximaldruck
vor dem Kolben 88 und damit auch der maximale Einstechdruck
der Nadel sein bei sonst gleicher Explosivstoffaufladung! Die Weite
der Bohrungen 89 beeinflußt den Grad der Zuschaltung
des Covolumens 35 – bei
kleinen Bohrungen 89 wird es eine Spitze in der Einstechkraft
der Nadel geben, die dann auf einen wesentlich geringeren, durch
die Größe des Covolumens
bestimmten Wert absinkt, während
bei großen
Bohrungen 89 das Covolumen sofort zugeschaltet ist und die
maximale Einstechkraft der Nadel von Anfang an entsprechend reduziert
wird! Die Wirkung der Bohrungen 89 beruht auf der Tatsache,
daß jede
Bohrung in Abhängigkeit
der Art des durchströmenden
Gases nur einen bestimmten Massenstrom durchläßt, der mit steigendem Differenzdruck
an der Bohrung ansteigt, bis sich dann in der Bohrung ein senkrechter
Verdichtungsstoß ergibt
und eine weitere Erhöhung
des Massenstromstrotz ansteigendem Differenzdruck verhindert.
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Kolben 88 und
Dichtscheibe 36 sind hier in selbstlidernder Ausführung dargestellt.
Die Selbstliderung wird durch einen umlaufenden Einstich erreicht,
wodurch ein Teil des Scheibenmaterials durch die Einwirkung des
Gasdrucks gegen die Rohrwandung gepreßt wird und damit ohne Verwendung
eines eigenen Dichtsystems abdichtet (das Material der Scheibe fließt in den
Spalt zwischen Scheibe und Rohr).
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Es
soll hier nur erwähnt
werden, daß die
Teile Kolben 88, Covolumenscheibe 89 und Dichtscheibe 36 mit
Vorteil aus Kunststoff hergestellt werden.
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In 3a ist
gleichzeitig eine Abart der Zündung
in Form der Miniaturbatterie 15 dargestellt, die einfach
in der Bohrung des Zündkontakts 16 sitzt
und über
den Auslösekontakt 11 an
den Glühdraht
angeschlossen wird. Wird die elektrisch leitfähige Hülse 90 gegenüber dem
Zündkontakt 16 elektrisch
isoliert, dann kann in diesem Fall das Gehäuse 7 auch aus Kunststoff
bestehen, weil hier die Kontaktierung des Glühdrahtes 34 quasi
gleich zweiadrig erfolgt.
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3b entspricht 3a,
es sind hier lediglich die Bohrungen in das Covolumen anders eingebracht, die
Verhältnisse
der Zündschaltung
sind hier zusätzlich
etwas vergrößert dargestellt.
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4 zeigt
die Sensierung der anliegenden Haut über Sensorstifte 41,
die Schalter 42, insbesondere Mikroschalter betätigen und
erst beim Schalten den Zündstrom
freigeben. Damit kann eine ungewollte Auslösung der Vorrichtung sicher
verhindert werden. Hierbei ist es zunächst unerheblich, ob ein oder
mehrere Sensorstifte für
die Detektierung verwendet werden.
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5a zeigt
die Situation bei Verwendung von nur einem Mikroschalter, der von
einer Wippe betätigt wird
(5b), die auf der anderen Seite durch ein Festlager
gehalten wird. An den anderen Seiten der Wippe greifen dann wieder
Sensorstifte an. Die Wippe bzw. der Mikroschalter ist nun so eingestellt,
daß beide
Sensorstifte gedrückt
werden müssen,
bis der Schalter umschaltet und die Zündung freigibt. Die Wippe ist
damit die mechanische Variante der Serienschaltung mehrerer Sensorkontakte,
ansonsten würden
die Schalter bzw. Mikroschalter 42 aus 4 einfach
elektrisch in Reihe geschaltet werden und damit das gleiche Einschaltverhalten
zeigen.
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6a zeigt
die Vorrichtung mit einer Ausführung
mit integriertem Gasgenerator: Der Explosivstoff 33 ist
einfach in einer Bohrung des Kolbens 91, der Brennkammer
untergebracht und über
das Zündplatinchen 40 nach
hinten hin verschlossen. Mit 47 ist der Verschiebeweg des
Kolbens und damit die mögliche
Einstechtiefe der Nadel bezeichnet, der Distanzring 46 begrenzt
wieder die Einstechtiefe. Der Distanzring ist entweder schon in
der Vorrichtung enthalten, oder wird vom Anwender zusammen mit dem
Kolben 91 samt darin untergebrachtem Gasgenerator erst
eingelegt: Nach der Anzündung
des Explosivstoffs 33 wird hier nun einfach der Kolben 91 durch
die in ihm selbst erzeugten Abgase gegen den Trokar gedrückt und
preßt
diesen damit in die Haut bzw. den Knochen des Patienten ein.
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Als
Zündsystem
dient hier eine Batterie 15, ein Taster 49, elektrisch
isolierte Leitungen und wieder der Glühdraht. Jedes andere Zündsystem
ist jedoch auch wieder mit gleichem Erfolg einsetzbar!
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Gezeigt
ist hier auch die Vorrichtung mit einem zweigeteilten Gehäuse: So
läßt sich
der Trokar bei geöffnetem
Gehäuse,
bestehend aus dem unteren Gehäusedeckel 92 und
dem oberen Gehäusedeckel 52 einlegen – die Führung 53 besitzt
hierzu eine Nut 56 –,
dann wird das Gehäuse
zugeklappt (der Stift 55 fährt hierzu in das Rastloch 51 ein),
ausgelöst
und das ganze wieder geöffnet
und abgenommen. Die Rastnasen 54 dienen lediglich dazu,
die Führung 53 sicher
im Gehäuse
zu verankern.
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In 6e wird
der Verschluß 7 hinten
auf das Rohr 6 aufgepreßt, gleichzeitig wird gezeigt,
wie ein auf sehr hohem Druckniveau arbeitender Gasgenerator auf
einen Trokar angepaßt
werden kann, der auf einem wesentlich niedrigeren Druckniveau betrieben
werden muß:
Einfach, indem die für
den Gasdruck wirksame Fläche
des Kolbens 12 auf der Seite des Ausstoßraums 17 entsprechend
reduziert und gleichzeitig die Anlagefläche für den Handknopf des Trokars
vergrößert wird!
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7 zeigt
die Verhältnisse
eines Dämpfungssystems,
bei dem die Bremsscheibe 25 selbst keine Bohrungen aufweist,
sondern die für
die Dämpfung
relevanten Bohrungen 61 im Rohr 6 selbst eingebracht sind.
Damit kein Gas Richtung Haut des Patienten strömen kann, wird der Tiefenbegrenzer 19 an
der Fläche der
Hohlnadel 1, sowie am Rohr durch ein Dichtsystem 60,
insbesondere je einen O-Ring abgedichtet. Die Bohrungen 61 selbst
werden durch die Schutzkappe vor Schmutz oder Verunreinigungen geschützt, während der
Funktion strömt
das Gas einfach zwischen Rohr 6 und Schutzkappe 59 nach
außen
ab.
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8 zeigt die Anpassungsmöglichkeit
eines sehr großen
Gasgenerators bzw. einer sehr großen Brennkammer an einen dazu
relativ kleinen Trokar. Das bei der Vergasung der Explosivstoffe
erzeugte Gas bedrückt
den Kolben 66, n dieser erzeugt in einem Fluid 65 einen
Flüssigkeitsdruck,
dieser wirkt auf den Kolben 12 und dieser bedrückt dann
wieder den Trokar.
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Der
Dämpfer 62 wirkt
als Tiefenbegrenzer und Fluiddämpfer
gleichzeitig: Der Anschlag von Kolben 66 auf ihm stoppt
die Bewegung des Trokars, die Form der Bohrungen in ihm selbst das
Strömungsverhalten
und die Strömungsverluste
des Fluids. 8b und 8c zeigen
möglichen
Ausführungsformen
der Bohrungen im Dämpfer 62.
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8d zeigt
eine Erhöhung
der Einstechkraft und gleichzeitige Verringerung der Einstechgeschwindigkeit
des Trokars, ebenfalls über
die Vermittlung eines Fluids: Der Kolben 66 wird von den
Abgasen des Gasgenerators angetrieben und erzeugt einen entsprechend
hohen Druck im Fluid 65. Dieser Fluiddruck wirkt in 8d auf
eine wesentlich größere Fläche des
Kolbens 12 ein und erzeugt damit eine größere Antriebskraft für den Trokar
und eine entsprechend verringerte Vortriebsgeschwindigkeit. Bei
umgedrehten Flächenverhältnissen
wird die Einstechkraft verringert bei gleichzeitiger Erhöhung der
Vortriebsgeschwindigkeit des Kolbens am Trokar und damit eine entsprechende
Erhöhung
der Vortriebsgeschwindigkeit der Nadel.
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In 8e ist
kein Dämpfer
in den Fluidweg eingesetzt, die maximale Einstechtiefe wird hier über den Distanzring 69 begrenzt.
Die Kolben sowohl in 8d, als auch in 8e sind
freifliegend.
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9a zeigt
die Ausführung
eines selbstlidernden, d.h. sich bei Bedrückung selbstständig ohne
die Mithilfe eines anderen Dichtsystems abdichtenden Kolbens bzw.
Dichtscheibe, 9b ist die herkömmliche Ausführung von
Kolben und Abdichtplatten: Bei Bedrückung gegen die konkave Seite
wird das Kolbenmaterial gegen die Dichtfläche gedrückt, bei weicheren Materialien
fließt
es sogar in den Dichtspalt, ... und dichtet damit den Dichtspalt
ab; je höher
der einwirkende Druck, um so besser die Abdichtung! – Und das,
ohne einen Pfennig für
ein extra Dichtsystem aufwenden zu müssen!
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10 und 11 zeigen
die Variation des Brennkammervolumens bzw. des Ausstoßraumes
durch eine Verdrehung bzw. Verschiebung des Verschlusses nach hinten
zur Einstellung der maximalen Einstechkraft
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13 zeigt
den Aufbau eines Gasgenerators, wie er bisher fast immer in den
Vorrichtungen eingesetzt war – in
der Regel wird man nicht den Explosivstoff einfach in eine Brennkammer
in die Vorrichtung einschütten,
weil dies sehr große
Probleme in einer Großserie
mit sich bringt – vielmehr
fertigt man gleichartige kleine Gasgeneratoren und steckt diese
als kleine kompakte Einheit einfach in die entsprechende Aufnahmebohrung
in der Vorrichtung ein!
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Funktion des Gasgenerators:
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Der
Glühdraht 34 ist
direkt vom Explosivstoff 33 in der Brennkammer 83 umgeben.
Fließt
Strom über die
Anschlußdrähte des
Glühdrahtes 79,
erhitzt sich dieser. Wenn an irgendeiner Stelle des Glühdrahtes
die Zündtemperatur
des Explosivstoffs erreicht wird, zündet mindestens ein Korn, das
danach entstehende Heißgas
baut den Innendruck auf, erhitzt die in der Brennkammer eingebrachten
Stoffe, die entstehenden Heißpartikel
treffen andere Explosivstoffkörner,
diese entzünden
usw.... Die lawinenartige Entzündung
des gesamten Explosivstoffs ist gestartet. Bei Erreichen eines kritischen
Brennkammerdrucks reißt
die Verdämmung 78 über den
Bohrungen 93 in der Lochscheibe 75 auf, Heißgas strömt in die
Wirbelkammer 84, und von da über das Loch 94 im
Gasgeneratorgehäuse 14 nach
außen
in den Ausstoßraum 17,
nachdem auch noch die Schutzfolie 95 aufgerissen wurde.
Die Lochscheibe hat hierbei die Aufgabe, noch nicht vollständig verbrannte
Treibladungskörner
in der Brennkammer 83 zurückzuhalten, weil diese sonst
beim geringen Druck im Ausstoßraum verlöschen würden.
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14 zeigt
eine sehr einfache Abart des Gasgenerators, hier nur aus dem Gasgeneratorgehäuse 57 bestehend,
das gleichzeitig die Brennkammer 83 umschließt, dem
Zündplatinchen 40,
dessen Aufgabe es ist, die Brennkammer nach hinten abzudichten und
vor allem den Glühdraht 34 zu
halten und der Schutzfolie 95, dessen einzige Aufgabe es
ist, nichts ins Gehäuse
hineinfallen, aber auch nichts mehr herausfallen zu lassen!
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15 zeigt
eine Anordnung der Anschlußdrähte 79 des
Glühdrahtes 34:
Wird ein Zündkontakt,
bestehend aus einem Mittelkontakt und einem ihn umgebenden, aber
davon elektrisch isolierten Außenkontakt, beide
mit Schneide versehen, gegen das Anzündplatinchen gedrückt, werden
beide Anschlüsse
kontaktiert, unabhängig
davon, wie das Anzündplatinchen
bzw. der Gasgenerator ausgerichtet ist. Selbstverständlich können die
Anschlußdrähte auch
direkt mit den Zündleitung
bzw. der Zündschaltung
verlötet
oder angecrimt werden, genauso ist es möglich, die Explosivstoffe herkömmlich mittels
elektrischem, schlagkräftigem
oder reibempfindlichem Anzündstück anzuzünden oder
gleich den gesamten Explosivstoff als Aufladung in einen derartigen
Anzünder
zu packen und dessen Abgase direkt auf die Kolben einwirken zu lassen.
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Allerdings
sind diese Varianten einmal sehr teuer, ca. DM3, -- gegenüber ca.
DM 0,20 für
das Anzündplatinchen,
zum anderen ist mit derart einfach aufgebauten Gasgeneratoren benötigte, der
sehr komplexe Druckverlauf für
das Eintreiben der Nadel bzw. des Trokars nicht erreichbar: In weniger
als 1 ms muß der
Betriebsdruck erreicht werden, dieser Druck muß dann 20 bis 200 ms lang gehalten
werden, je nach gewünschter Einstechgeschwindigkeit
und der Enddruck darf hierbei ebenfalls einen Mindestwert nicht
unterschreiten, um die notwendigen Energiere serven zu haben bzw.
das Einstechen insbesondere in den Knochen zuverlässig geschehen
zu lassen!
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