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Die Erfindung bezieht sich auf ein Endoskoprohrstück, das von einer im
wesentlichen geradlinigen Ausgangsstellung in eine gekrümmte
Funktionsstellung abbiegbar ist und aus axial hintereinander angeordneten
Rohrsegmenten aufgebaut ist, wobei zwischen wenigstens einem Teil
der Segmente entlang wenigstens eines Teils des Umfangs Biegespalte
gebildet sind, in deren Bereich sich die einander zugewandten
Stirnflächen benachbarter Segmente in der Ausgangsstellung mit Abstand
gegenüber liegen, und wobei jede dieser Segmentstirnflächen mit
mehreren, an ihrem Umfang angeordneten Formelementen versehen ist, mit
denen sie in der Funktionsstellung unter formschlüssigem
Zusammenwirken der korrespondierenden Formelementpaare gegen die
benachbarte Segmentstirnfläche anliegt.
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Endoskoprohrstücke dieser Art sind in der Offenlegungsschrift
DE 199 28 272 A1 und der Patentschrift US 5.656.011 offenbart. Bei den
dortigen Endoskoprohrstücken sind die Rohrsegmente entlang einer
Axiallinie an einem Verbindungsbereich ihres Umfangs einteilig miteinander
verbunden oder an einem axial durchlaufenden Stabilisierungsfederband
festgelegt. Von diesem Umfangsbereich aus verjüngen sich die
Rohrsegmente unter Bildung entsprechender Biegespalte, die im
gegenüberliegenden Umfangsbereich ihre größte Weite haben. Entlang dieses
gegenüberliegenden Umfangsbereichs verläuft ein Zugfederband, mit dem
das Rohrstück in eine z. B. J-förmige Funktionsstellung unter Schließen
der Biegespalte abgebogen werden kann.
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Umfangsseitig in der Mitte zwischen dem Verbindungs-Umfangsbereich
mit dem Stabilisierungsfederband und dem gegenüberliegenden
Umfangsbereich mit dem Zugfederband sind bei diesen herkömmlichen
Endoskoprohrstücken je ein Paar formschlüssig zusammenwirkender
Formelemente an den Segmentstirnflächen vorgesehen. Diese besitzen
eine positive bzw. eine dazu korrespondierende negative Halbkreisform
und sollen die Seitenführung des abbiegbaren Rohrstücks verbessern.
Die korrespondierenden Formelemente sind vollflächig zueinander
passend gestaltet, d. h. sie liegen in der abgebogenen Funktionsstellung des
Rohrstücks längs ihrer gesamten Stirnfläche mit flächigem
Berührkontakt gegeneinander an. Die Lage und Gestaltung dieser
Formschlussverbindungen der Rohrsegmente ist nicht auf hohe Torsions-
/Querkraftstabilität ausgelegt, weil dies im jeweiligen Anwendungsfall
nicht erforderlich ist oder selbige von weiteren Endoskoprohrelementen
bereitgestellt wird, wie dem Zugfederband oder von einem oder
mehreren anderen Stäben oder Rohrstücken, die durch das segmentierte
Rohrstück hindurchgeführt sind, beispielsweise zur Betätigung eines
frontseitig vorgesehenen Endoskopie-Werkzeugs, wie einer Schere,
eines Greifers oder dergleichen.
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In bestimmten Anwendungsfällen ist eine relativ hohe Stabilität des
Endoskoprohrstücks in seiner abgebogenen Funktionsstellung besonders
auch gegenüber Querkräften senkrecht zur lokalen Biegeebene
erwünscht. Dies gilt beispielsweise für Rohrstücke, die zu haken- oder
löffelförmigen Werkzeugen am vorderen Funktionsteil eines
entsprechenden endoskopischen Instruments abgebogen werden können, um innere
Körperteile, wie z. B. die Leber oder Eingeweide, anheben zu können.
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In der Patentschrift EP 0 623 004 B1 sind segmentierte, abbiegbare
Endoskoprohrstücke für chirurgische Instrumente beschrieben, bei denen
die benachbarten Segmente im Verbindungs-Umfangsbereich über je
ein Formelementpaar aneinander gehalten sind, das aus einem
querstegartigen Fortsatz einerseits und einer entsprechenden, rillenförmigen
Ausnehmung andererseits besteht. Dieses eine Formelementpaar
definiert eine lokale Drehachse, wobei die beiden Formelemente passgenau
ausgebildet sind, d. h. mit vollflächigem Berührkontakt zusammenwirken.
Gleichzeitig sollen diese Formelementpaare dem Endoskoprohrstück in
der gebogenen Funktionsstellung eine gewisse Translations- und
Rotationsstabilität verleihen, was jedoch durch dieses eine Formelementpaar
pro Segmentverbindung nur in entsprechend beschränktem Maß bewirkt
wird. In Bereichen, in denen sich die Biegerichtung des
Endoskoprohrstücks ändert, wird die Verwendung von Übergangssegmenten
vorgeschlagen, die bis auf Durchführungsbohrungen vollflächig ausgebildet
und auf ihren beiden Stirnseiten mit Steg-/Rillen-Mustern versehen sind,
welche sich über die gesamte Stirnflächenausdehnung erstrecken und
entsprechend der Biegerichtungsänderung relativ zueinander verdreht
sind.
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Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Endoskoprohrstücks der eingangs genannten Art zugrunde, das mit relativ
geringem Aufwand so gestaltet ist, dass es in der abgebogenen
Funktionsstellung eine vergleichsweise hohe Stabilität auch gegenüber
Torsions- bzw. Querkräften senkrecht zur jeweils lokalen Biegeebene
aufweist.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines
Endoskoprohrstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei diesem Endoskoprohrstück sind die zusammenwirkenden
Formelementpaare je zweier Rohrsegmente torsions-/querkraftstabilisierend
angeordnet und ausgebildet, d. h. sie sind so angeordnet und gestaltet,
dass ihr Formschluss einen hohen Widerstand gegen einwirkende
Torsions-/Querkräfte bietet, die ansonsten ein verwindendes Nachgeben
des abgebogenen Rohrstücks in seiner Funktionsstellung zur Folge
haben könnten. Die Verbindung zwischen je zwei benachbarten
Rohrsegmenten ist somit in der abgebogenen Funktionsstellung des Rohrstücks
durch den Formschluss dieser speziell gestalteten und angeordneten
Formelemente in hohem Maß torsionsstabilisiert, d. h. in der
abgebogenen Rohrstück-Funktionsstellung können sich die so miteinander
verbundenen Rohrsegmente nicht gegenseitig um eine lokale, axiale
Torsionsachse verwinden bzw. verdrehen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung in Anspruch 2 sind die jeweiligen
beiden formschlüssig zusammenwirkenden Formelemente so gestaltet,
dass in deren formschlüssiger Position nur eine Punkt- oder
Linienberührung, jedoch keine Flächenberührung vorliegt. Dies begünstigt die
Erzielung einer vollständig spielfreien Verbindung der betreffenden
Rohrsegmente durch einen Verkeilungseffekt der Formelemente, was
sich positiv auf die Stabilität des Rohrstücks in seiner abgebogenen
Funktionsstellung auswirkt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 sind an den
formschlüssig zu verbindenden Rohrsegment-Stirnflächen jeweils
mindestens drei formschlüssig zusammenwirkende Formelemente mit Abstand
voneinander in Segmentumfangsrichtung vorgesehen. Diese
Dreipunktstabilisierung gewährleistet eine hohe Torsions-/Querkraftstabilität.
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In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 beinhaltet das
Endoskoprohrstück zusätzlich ein oder mehrere Spiralfedern, die koaxial
in den Rohrraum innerhalb der Segmente eingebracht sind. Dies
verstärkt die Elastizitätseigenschaften des Rohrstücks und gewährleistet
z. B. in einfacher Weise, dass sich das Rohrstück bei entsprechender
Betätigung von der abgebogenen Funktionsstellung wieder in die im
wesentliche geradlinige Ausgangsstellung streckt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung in Anspruch 5 sind die einzelnen
Rohrsegmente an einem axialen elastischen Fixierelement befestigt,
z. B. durch Schweißverbindungen. Das Fixierelement kann z. B. eine
Spiralfeder gemäß Anspruch 4 oder ein elastischer Stab sein.
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In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 beinhaltet das
Endoskoprohrstück ein Zugelement, das durch das Innere der
Rohrsegmente durchgeführt ist, und/oder wenigstens ein seitlich durch axiale
Bohrungen in den Rohrsegmenten hindurchgeführtes Zug- oder
Fixierelement. Hierfür kommen z. B. Seile oder elastische Stäbe in Betracht.
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Vorteilhafte Gestaltungen der Formelemente zur Erzielung eines hohen
Torsions-/Querkraftwiderstands sind in Anspruch 7 angegeben.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
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Fig. 1A bis 1C verschiedene Ansichten eines elastisch biegbaren
Endoskoprohrstücks mit zentralem Zugstab und je drei
formschlüssig zusammenwirkenden Formelementen zur
Rohrsegment-Formschlussverbindung,
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Fig. 2A bis 2C verschiedene Ansichten eines der Rohrsegmente, aus
denen das Rohrstück der Fig. 1A bis 1C aufgebaut ist,
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Fig. 3 im linken Teilbild eine teilweise geschnittene Seitenansicht des
vorderen Teils eines Endoskoprohrstücks nach Art der Fig. 1A
bis 1C, jedoch mit zusätzlicher Spiralfeder, und im rechten
Teilbild einen Querschnitt längs der Linie III des linken
Teilbilds,
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Fig. 4 Ansichten entsprechend Fig. 3, jedoch für eine Variante mit
zwei koaxial angeordneten Spiralfedern,
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Fig. 5 Ansichten entsprechend Fig. 3, jedoch mit zusätzlicher
Veranschaulichung von Befestigungspunkten der Rohrsegmente an
der Spiralfeder,
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Fig. 6 Ansichten entsprechend Fig. 5, jedoch für eine Variante mit
zusätzlichem Fixierstab zur Befestigung der Rohrsegmente,
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Fig. 7A bis 7C Detaildarstellungen einer der
Rohrsegment-Formschlussverbindungen in verschiedenen Segmentstellungen,
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Fig. 8 eine schematische Seitenansicht eines Endoskoprohrstücks in
seiner abgebogenen, hakenförmigen Funktionsstellung,
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Fig. 9 eine Darstellung entsprechend Fig. 8, jedoch für ein
Endoskoprohrstück mit löffelförmig abgebogener Funktionsstellung,
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Fig. 10 Ansichten entsprechend Fig. 3, jedoch für eine Variante mit
seitlich durchgeführten Zugstäben statt zentralem Zugstab,
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Fig. 11 Ansichten entsprechend Fig. 10, jedoch für eine Variante mit
zusätzlichem zentralem Zugstab,
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Fig. 12A und 12B eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht auf eines der
Rohrsegmente, aus denen die Endoskoprohrstücke der Fig. 10
und 11 aufgebaut sind,
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Fig. 13 im rechten Teilbild einen Querschnitt und im linken Teil eine
ausschnittweise, teilweise geschnittene Seitenansicht eines
Endoskoprohrstücks mit eingebrachter Flachbandfeder und je
zwei Formelementpaaren zur formschlüssigen
Rohrsegmentverbindung,
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Fig. 14 eine Seitenansicht entsprechend dem linken Halbbild von Fig.
13, jedoch in der abgebogenen Funktionsstellung statt der
geradlinigen Ausgangsstellung, und
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Fig. 15 im rechten Teilbild einen Querschnitt und im linken Teilbild eine
ausschnittweise Seitenansicht eines Endoskoprohrstücks
entsprechend Fig. 13, jedoch mit zusätzlicher
Zwischenfüllungshülse.
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Die Fig. 1A bis 1C veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel
eines aus einzelnen Rohrsegmenten aufgebauten Endoskoprohrstücks.
Dabei ist das Endoskoprohrstück im linken Teilbild der Fig. 1A und in
Fig. 1B in einer geradlinigen Ausgangsstellung und in Fig. 1C in einer
abgebogenen, gekrümmten Funktionsstellung gezeigt. Das linke Teilbild
von Fig. 1A ist eine Ansicht auf den durch Biegespalte zwischen den
Rohrsegmenten offenen Rohrumfangsbereich, während die Fig. 1B und
1C dagegen um 90° verdrehte Seitenansichten sind. Das rechte Teilbild
von Fig. 1A zeigt einen Querschnitt längs der Linie I-I des linken
Teilbilds.
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Wie aus den Fig. 1A bis 1C zu erkennen, ist das Endoskoprohrstück aus
axial hintereinander angeordneten Rohrsegmenten 1a bis 1e aufgebaut,
wobei als Vorderabschluss eine stumpfe Endkappe 2 vor dem
vordersten Rohrsegment 1a angeordnet ist. Die einzelnen Rohrsegmente 1a bis
1e verjüngen sich in ihrer axialen Ausdehnung von einem Verbindungs-
Umfangsbereich 3, der sich im linken Teilbild von Fig. 1A hinten, im
rechten Teilbild von Fig. 1A links und in den Fig. 1B und 1C oben
befindet, stetig und weitgehend linear beidseits bis zu einem
gegenüberliegenden Umfangsbereich 4, in welchem keilförmige Biegespalte 5, die
dadurch in der geradlinigen Ausgangsstellung des Rohrstücks zwischen
je zwei benachbarten Rohrsegmenten gebildet sind, ihre größte Weite
haben.
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Aufgrund der Biegespalte 5 kann das Endoskoprohrstück in die in Fig.
1C gezeigte, gekrümmte Funktionsstellung abgebogen werden, wobei
sich die Biegespalte 5 schließen. Die Biegebewegung wird in an sich
herkömmlicher Weise durch einen in diesem Beispiel mittig durch das
Innere der Rohrsegmente 1a bis 1e hindurchgeführten Zugstab 6
bewirkt, der vorne an der stumpfen Endkappe 2 fixiert und am hinteren
Ende z. B. über einen nicht gezeigten Handgriff des zugehörigen
endoskopischen Instruments betätigbar ist, wie durch den Zugpfeil 7 in Fig. 1C
angedeutet. Die Reihe von Rohrsegmenten 1a bis 1e ist in ebenfalls
herkömmlicher und daher nicht näher gezeigter Weise an einem solchen
Handgriff oder einer anderen Komponente des Instruments in
Axialrichtung so fixiert, dass der Zugstab 6 relativ zur Rohrsegmentreihe axial
bewegt werden kann. Wenn folglich der Zugstab 6 in Zugrichtung
betätigt wird, drückt die stumpfe Endkappe 2 auf die Rohrsegmentreihe, so
dass diese die gekrümmte Funktionsstellung gemäß Fig. 1C einnimmt.
Umgekehrt geht bei Zugentlastung die Rohrsegmentreihe wieder in ihre
geradlinige Ausgangsstellung zurück.
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Ersichtlich bestimmen die Wahl der axialen Ausdehnung der einzelnen
Rohrsegmente 1a bis 1e sowie der maximalen axialen Öffnungsweite
der Biegespalte 5 und deren Aufeinanderfolge im gleichen oder auch in
unterschiedlichen Umfangsbereichen die Gestalt des
Endoskopierohrstücks in seiner gekrümmten Funktionsstellung. Während im gezeigten
Beispiel der Fig. 1A bis 1C alle Rohrsegmente 1a bis 1e, gegebenenfalls
mit Ausnahme der jeweils endseitigen Rohrsegmente 1a, 1e, ebenso
wie die Biegespalte 5 unter sich jeweils dieselbe Ausdehnung haben,
können alternativ unterschiedlich gestaltete und/oder unterschiedlich
lange Rohrsegmente zum Einsatz kommen, und/oder es können
Biegespalte nur zwischen einem Teil aller Rohrsegmente vorgesehen sein,
und/oder es können Biegespalte abschnittweise an unterschiedlichen,
z. B. gegenüberliegenden Umfangsbereichen vorgesehen sein.
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Charakteristischerweise sind die schrägen Stirnflächen 7a, 7b mit
jeweils drei äquidistant am Umfang verteilt angeordneten Formelementen
8a, 8b versehen, wobei auf der einen von je zwei einander zugewandten
Stirnflächen 7a, 7b benachbarter Rohrsegmente die Formelemente 8a
positiv, d. h. vorspringend, und auf der anderen Stirnfläche dazu
korrespondierend negativ, d. h. als Ausnehmung, gestaltet sind. Je eines der
drei Formelemente 8a, 8b befindet sich im Verbindungs-Umfangsbereich
3. Durch formschlüssiges Zusammenwirken der dortigen Formelemente
sind die Rohrsegmente 1a bis 1e im Verbindungs-Umfangsbereich 3
schon in der geradlinigen Ausgangsstellung des Endoskoprohrstücks
gegeneinander formschlüssig anliegend verbunden. Die jeweiligen
beiden anderen Formelemente sind in der geradlinigen Ausgangsstellung
außer Eingriff. Durch das Abbiegen des Endoskoprohrstücks in seine
Funktionsstellung gelangen auch diese beiden Formelemente mit ihren
Gegenstücken in Eingriff, so dass in der Funktionsstellung gemäß Fig.
1C je zwei benachbarte Rohrsegmente an drei umfangsseitig
äquidistanten Stellen durch Formschluss des jeweiligen Formelementpaars
verbunden sind. Dies stellt eine sehr torsionsstabile Verbindung dar, die
auch Querkräften senkrecht zur Biegeebene, d. h. senkrecht zur
Zeichenebene von Fig. 1C, in hohem Maße zu widerstehen vermag, ohne
dass es zu Verwindungen des Endoskoprohrstücks durch
Relativverdrehungen jeweils benachbarter Rohrsegmente kommt.
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Die Fig. 2A bis 2C zeigen eines der Rohrsegmente, aus denen das
Endoskoprohrstück der Fig. 1A bis 1C aufgebaut ist, wobei Fig. 2A eine
Seitenansicht entsprechend Fig. 1A, Fig. 2C eine Seitenansicht
entsprechend Fig. 1B und Fig. 2B eine Draufsicht längs der Linie II von Fig. 2A
sind. Wie aus den Fig. 2A bis 2C besonders deutlich wird, sind die
positiven Formelemente 8a als in Segmentumfangsrichtung dreieckförmige
Keilkörper mit in Segmentradialrichtung konstantem Dreieckquerschnitt
ausgebildet, und die negativen Formelemente 8b sind dazu
korrespondierend als dreieckförmige Ausnehmungen gestaltet. Bevorzugt ist der
Keilwinkel α der Keilkörper 8a etwas größer gewählt als der V-Winkel β
der Ausnehmungen 8b, so dass beim Eingreifen der Keilkörper 8a in die
Ausnehmungen 8b kein flächiger, sondern ein punkt- bzw. linienförmiger
Berührkontakt vorliegt. Der dadurch entstehende Verkeilungseffekt jeder
Formschlussverbindung erhöht zusätzlich zu dem Dreipunktkontakt
durch die je drei Formschlusspaare die Torsion-/Verwindungsstabilität
der Rohrsegmentverbindungen in der gekrümmten Funktionsstellung
und dadurch des gekrümmten Endoskoprohrstücks insgesamt.
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Fig. 3 zeigt in einer Ansicht entsprechend Fig. 1A eine Variante des
Endoskoprohrstücks der Fig. 1A bis 1C, bei der zusätzlich eine Spiralfeder
9 runden Querschnitts vorgesehen ist, wobei der Übersichtlichkeit halber
die Spiralfeder 9 nur mit ihrem vorderen Teil dargestellt ist und von der
Rohrsegmentreihe im Teilschnitt nur die drei vorderen Rohrsegmente 1a
bis 1c wiedergegeben sind. Die Spiralfeder 9 ist in den von der
Rohrsegmentreihe gebildeten Rohrinnenraum eingebracht, wobei ihr
Außendurchmesser in etwa dem freien Innendurchmesser der
Rohrsegmentreihe entspricht oder etwas kleiner als selbiger ist. Der zentrale Zugstab
6 ist durch das Innere der Schraubenfeder 9 hindurchgeführt. Die
eingebrachte Spiralfeder 9 wirkt zusätzlich elastisch versteifend und fördert
dadurch bei zugentlastender Betätigung des Zugstabs 6 das
zuverlässige Strecken des Endoskoprohrstücks von der gekrümmten
Funktionsstellung in die geradlinige Ausgangsstellung.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Variante, bei der als einzigem Unterschied zum
Ausführungsbeispiel von Fig. 3 eine weitere, innere Schraubenfeder 10
koaxial zur äußeren Schraubenfeder 9 eingebracht ist. Dabei entspricht
der Außendurchmesser der inneren Schraubenfeder 10 wiederum im
wesentlichen dem freien Innendurchmesser der äußeren
Schraubenfeder 9 oder ist etwas kleiner als selbiger gewählt. Der freie
Innendurchmesser der inneren Schraubenfeder 10 ist etwas größer als der
Durchmesser des Zugstabs 6 gewählt, so dass der Zugstab 6 axial beweglich
durch die innere Schraubenfeder 10 hindurchgeführt ist. Diese
Schraubenfederanordnung mit den beiden koaxialen Schraubenfedern 9, 10
besitzt entsprechend hohe elastische Rückstellkräfte für das Strecken des
Endoskoprohrstücks aus seiner gekrümmten Funktionsstellung in die
geradlinige Ausgangsstellung.
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Es versteht sich, dass im übrigen die Varianten der Fig. 3 und 4
dieselben Elemente, Anwendungsmöglichkeiten, Funktionen und Vorteile
ausweisen, wie oben zum Beispiel der Fig. 1A bis 1C erläutert, worauf
verwiesen werden kann und wozu funktionell äquivalente Teile mit
denselben Bezugszeichen versehen sind.
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In manchen Fällen kann es genügen, wenn die einzelnen Rohrsegmente
der Rohrsegmentreihe lose aufgefädelt und durch Formschluss längs
des Verbindungs-Umfangsbereichs zwischen der Endkappe 2 und
einem hinten anschließenden Instrumententeil, wie einem Handgriff oder
einer geradlinigen Verlängerungshülse, gehalten sind. In anderen Fällen
kann eine zusätzliche Fixierung der Rohrsegmente vorgesehen sein.
Diesbezügliche Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 5 und 6
wiedergegeben.
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Das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 entspricht demjenigen von Fig. 3,
wobei zusätzlich an mit Pfeilen 11 markierten Befestigungspunkten das
jeweilige Rohrsegment 1a bis 1e an der inneren durchlaufenden
Schraubenfeder 9 fixiert ist, beispielsweise durch Laserschweißen oder eine
andere herkömmliche Befestigungstechnik.
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Beim Beispiel von Fig. 6 handelt es sich um eine Variante des
Endoskoprohrstücks von Fig. 3, bei der zusätzlich entlang des Verbindungs-
Umfangsbereich ein axial verlaufender Fixierstab 12 zwischen die
Schraubenfeder 9 und die Rohrsegmentreihe eingebracht ist. In diesem
Fall ist der Außendurchmesser der Schraubenfeder 9 geeignet geringer
zu wählen als der freie Innendurchmesser der Rohrsegmentreihe. An
dem sich durchgehend längs des Verbindungs-Umfangsbereichs
erstreckenden Fixierstab 12, für den z. B. ein rechteckiger Querschnitt gewählt
wird, ist die Befestigung der Rohrsegmente 1a bis 1e an den
betreffenden Befestigungspunkten gemäß den Pfeilen 11 im allgemeinen leichter
möglich als an der Schraubenfeder 9 runden Querschnitts.
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In den Fig. 7A bis 7C ist in nochmals vergrößerter Einzeldarstellung die
Rohrsegment-Formschlussverbindung an Hand des jeweiligen
Formelementpaares veranschaulicht. Fig. 7A zeigt die beiden zugehörigen
Rohrsegmente, z. B. die Segmente 1b, 1c, im Bereich ihrer einander
zugewandten Stirnflächen 7a, 7b in der geradlinigen Ausgangsstellung des
Endoskoprohrstücks, in welchen die im offenen Biegespaltbereich 5
befindlichen Formelemente 8a, 8b außer Eingriff sind. Fig. 7C zeigt das
Formelementpaar 8a, 8b in seiner den Formschluss herstellenden
Eingriffsstellung, während Fig. 7B eine Zwischenstellung zeigt. Wie
insbesondere aus Fig. 7C ersichtlich, ist der Keilwinkel α der positiven
Keilkörper-Formelemente 8a etwas größer gewählt als der Öffnungswinkel β
des zugehörigen, eine V-förmige Ausnehmung bildenden negativen
Formelementes 8b, wie schon weiter oben erwähnt. Dadurch liegen die
positiven Formelemente 8a bei geschlossener Formschlussverbindung
nicht mit ihren ganzen Keilflächen gegen die korrespondierenden
Schrägflächen der negativen Formelemente 8b an, sondern nur
linienförmig bzw. in der Projektionsansicht von Fig. 7C punktförmig an
entsprechenden Berührlinien bzw. Berührpunkten 13. Die Verbindung ist
damit auch im Fall auftretender Fertigungstoleranzen vollständig
spielfrei. Beim Bilden der Formschlussverbindung entsteht ein
Verkeilungseffekt, der sich zusätzlich torsions-/querkraftstabilisierend aufwirkt, d. h.
diese Maßnahme trägt zur Erzielung einer sehr hohen
Verwindungssteifigkeit des Endoskoprohrstücks in seiner gekrümmten Funktionsstellung
bei.
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Die Fig. 8 und 9 veranschaulichen stellvertretend für beliebige andere
mögliche Formen zwei spezielle Gestaltungsbeispiele für das
erfindungsgemäße Endoskoprohrstück. Im Fall von Fig. 8 ist das
Endoskoprohrstück 14 so gestaltet, dass es in eine hakenförmige bzw. U-förmige
Funktionsstellung abbiegbar ist. Dies kann beispielsweise durch eine
Reihe gleichartiger Rohrsegmente mit zugehörigen Biegespalten nach
Art der oben erläuterten Realisierungen erreicht werden, ausgehend
vom Beispiel von Fig. 1 C zum Beispiel dadurch, dass die
Rohrsegmentreihe noch um weitere abbiegbare Segmente erweitert wird.
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Fig. 9 zeigt eine Realisierung, bei welcher das Endoskoprohrstück 15
durch entsprechende Gestaltung und Anordnung der einzelnen
Rohrsegmente in der Rohrsegmentreihe in eine löffelförmige
Funktionsstellung abbiegbar ist. Ein solches löffelförmiges Endoskoprohrstück 15
kann ebenso wie das U-förmige Endoskoprohrstück 14 von Fig. 8 z. B.
als endoskopisches Werkzeug zum Einsatz kommen. Derartige
Instrumente werden z. B. in der minimalinvasiven Chirurgie dazu verwendet,
innere Organe, wie die Leber, oder andere innere Körperteile, wie
Eingeweide, anzuheben bzw. von einer Operationsstelle abzuheben, damit
dort der Arbeitsraum vergrößert wird. Dazu wird das Instrument in seiner
geradlinigen Ausgangsstellung durch einen geraden Trochar hindurch
durch die Bauchdecke in den Körper des Patienten eingeführt und
danach in seine gekrümmte Funktionsstellung abgebogen und in dieser
Funktionsstellung fixiert. Die gebogene Werkzeugform ist zweckmäßig
so gewählt, dass den Innereien keine Verletzungen zugefügt werden
und ein möglichst optimaler Arbeitsraum geschaffen wird. Außer für
diesen Zweck kann das erfindungsgemäße Endoskoprohrstück
selbstverständlich für beliebige andere endoskopische Zwecke eingesetzt
werden, beispielsweise für endoskopische Instrumente mit einem
frontseitigen Scheren-, Messer- oder Greifwerkzeug. Durch die torsions- und
verwindungssteife Formschlussverbindung der Rohrsegmente in der
abgebogenen Funktionsstellung ist das Werkzeug ausreichend stabil,
insbesondere verwindungssteif gegenüber den Querkräften, die senkrecht
im Gebrauch zur lokalen Biegeebene der Rohrsegmente auftreten
können.
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Die löffelförmige Gestalt dieses Endoskoprohrstücks 15 kann durch
einen Aufbau der Rohrsegmentreihe erreicht werden, bei dem sich von
hinten nach vorne an einen ersten Krümmungsabschnitt 30 ein erster
geradliniger Abschnitt 31, daran ein zweiter Krümmungsabschnitt 32 mit
zu derjenigen des ersten Abschnitts 30 gegensinniger Krümmung, daran
ein zweiter geradliniger Abschnitt 33 und an diesen ein dritter
halbkreisförmiger Krümmungsabschnitt 34 mit zum zweiten Abschnitt 32
gleichsinniger Krümmung anschließen. Die geradlinig bleibenden Abschnitte
31, 33 können jeweils von einem einzigen längeren Rohrsegment oder
mehreren, ohne Biegespalte aneinanderliegenden Rohrsegmenten
gebildet sein. Die gekrümmten Abschnitte 30, 32, 34 beinhalten jeweils
eine Folge von Rohrsegmenten mit zwischenliegenden Biegespalten, wie
oben beschrieben, wobei die Biegespalte für den ersten
Krümmungsabschnitt 30 einerseits und für die beiden dazu gegensinnig gekrümmten
anderen Krümmungsabschnitte 32, 34 andererseits auf
gegenüberliegenden Umfangsbereichen des Endoskoprohrstücks liegen, wodurch
das gegensinnige Abbiegen bewirkt wird.
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Die Fig. 10 bis 12B zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen anstatt oder
zusätzlich zu einem zentralem Zugstab seitliche Stäbe vorgesehen sind,
die innerhalb der Wandung der Rohrsegmentreihe geführt sind.
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Speziell zeigt Fig. 10 ein Beispiel mit zwei seitlichen Zugstäben 16, 17
anstatt eines mittigen Zugstabes. Die axial verlaufenden und sich längs
einer Durchmesserlinie der Rohrsegmentreihe gegenüberliegenden
Zugstäbe 16, 17 sind durch fluchtende Bohrungen 18, 19 durchgeführt,
die an gegenüberliegenden Umfangsbereichen innerhalb der
Rohrwandstärke in entsprechend modifizierte Rohrsegmente 20a, 20b, 20c
eingebracht sind. Dadurch fungieren die Zugstäbe 16, 17 gleichzeitig als
Fixierstäbe, welche die Rohrsegmente 20a, 20b, 20c "aufgefädelt"
fixieren, so dass eventuell eine zusätzliche Befestigung durch
Laserschweißen oder dgl. entfallen kann.
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Die modifizierte Gestalt der Rohrsegmente 20a, 20b, 20c ist aus den
Fig. 12A und 12B gut zu erkennen. Verglichen mit den Rohrsegmenten
der zuvor beschriebenen Endoskoprohrstücke sind diese Rohrsegmente
20a, 20b, 20c mit geeignet stärkerer Rohrwand dimensioniert. Art und
Anordnung der formschlüssig zusammenwirkenden Formelemente 8a,
8b sind gleich, insbesondere erstrecken sie sich in Radialrichtung
durchgehend vom Segmentinnendurchmesser zum
Segmentaußendurchmesser, was in diesem Fall wegen der größeren Rohrwanddicke
eine Verlängerung der Formelemente in radialer Richtung gegenüber
den obigen Ausführungsbeispielen bedeutet.
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In der Variante von Fig. 11 ist als einziger Unterschied zum
Endoskoprohrstück von Fig. 10 zusätzlich der mittige Zugstab 6 vorhanden, der
durch das Innere der Schraubenfeder 21 durchgeführt ist. In diesem Fall
brauchen die seitlichen Stäbe 16, 17 nicht unbedingt als Zugstäbe
ausgelegt sein, sondern können als reine Fixierstäbe zum "Auffädeln" der
Rohrsegmente 20a, 20b, 20c dienen.
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Im übrigen ergeben sich für die Endoskoprohrstücke gemäß den Fig. 10
und 11 wiederum dieselben Funktionen, Anwendungsmöglichkeiten und
vorteilhaften Eigenschaften, wie oben zu den anderen
Endoskoprohrstücken beschrieben, worauf verwiesen werden kann und durch
Verwendung gleicher Bezugszeichen hingedeutet wird.
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Die Fig. 13 bis 15 veranschaulichen Varianten, bei denen zum einen nur
jeweils zwei statt der oben beschriebenen drei Formelementpaare pro
Segmentverbindung vorgesehen sind und zum anderen eine
Flachbandfeder statt einer Schraubenfeder runden Querschnitts verwendet ist.
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Speziell zeigt Fig. 13 eine Realisierung mit einer Reihe von
Rohrsegmenten 22a, 22b, 22c, die bei ansonsten gleicher Gestaltung mit nur
zwei der positiven bzw. negativen Formelemente 8a, 8b der obigen
Ausführungsbeispiele versehen sind, wobei das eine Formelementpaar
wiederum entlang des Verbindungs-Umfangsbereichs 3 angeordnet ist,
während sich das andere Formelementpaar gegenüberliegend im
Umfangsbereich größter Weite der Biegespalte 5 befindet. In das Innere der
Rohrsegmentreihe ist eine aus Flachbandmaterial gewickelte
Schraubenfeder 23 eingebracht, durch deren Inneres wiederum der mittige
Zugstab 6 durchgeführt ist, welcher der Einfachheit halber nur im
rechten Teilbild von Fig. 13 wiedergegeben ist.
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In der abgebogenen Funktionsstellung, wie in Fig. 14 gezeigt, sind somit
je zwei benachbarte Rohrsegmente an der Außenseite und der
Innenseite der Krümmung formschlüssig miteinander verbunden. Auch diese
Zweipunkt-Formschlussverbindung bietet einen relativ hohen
Torsionswiderstand, der in vielen Anwendungsfällen ausreichen kann, ein
unerwünschtes Verwinden des gekrümmten Endoskoprohrstücks unter
Belastung insbesondere durch senkrecht zur Biegeebene einwirkende
Querkräfte zu verhindern. Dazu trägt insbesondere auch bei, dass wie
auch in allen anderen gezeigten Beispielen die
Formschlussverbindungen die Rohrsegmente 22a, 22b, 22c gegen eine Relativbewegung
senkrecht zur lokalen Biegeebene sichern, indem in dieser Richtung die
Flanken der positiven Formelemente gegen die Flanken der negativen
Formelemente anliegen.
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Die Verwendung der Flachbandfeder 23 erleichtert bei Bedarf das
Fixieren der Rohrsegmente 22a, 22b, 22c im Verbindungs-Umfangsbereich 3
an selbiger durch entsprechende Befestigungspunkte analog zu den Fig.
5 und 6 mittels Laserschweißen oder dergleichen. Denn die
Außenflächen der Flachbandfederwindungen lassen sich aufgrund von deren
rechteckförmigen Querschnitt im Verbindungs-Umfangsbereich
weitestgehend plan gegen die Innenflächen der Rohrsegmente anlegen und
folglich sehr einfach und zuverlässig mit diesen verbinden.
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Fig. 15 zeigt eine Variante, bei der als einzigem Unterschied zum
Beispiel von Fig. 13 zwischen die Flachbandfeder 23 und den mittigen
Zugstab 6 eine Zwischenfüllung 24 eingebracht ist, wieder der Einfachheit
halber nur im rechten Teilbild explizit dargestellt. Die Zwischenfüllung
kann beispielsweise von einer zweiten Flachbandfeder oder von einem
Kunststoff- oder Metallschlauch gebildet sein. Diese Zwischenfüllung 24
hält den Zugstab 6 in der Rohrmitte zentriert, der durch das Innere der
Zwischenfüllung 24 durchgeführt ist.
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Im übrigen ergeben sich für die Ausführungsbeispiele der Fig. 13 bis 15
wiederum dieselben Funktionen und vorteilhaften Eigenschaften, wie
zuvor zu den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben, worauf
verwiesen werden kann.
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Die oben erläuterten Realisierungen machen deutlich, dass das
erfindungsgemäße Endoskoprohrstück durch geeignete Gestaltung und
Anordnung der Formelemente an den Rohrsegmentstirnflächen eine hohe
Torsions- bzw. Verwindungssteifigkeit in seiner abgebogenen
Funktionsstellung besitzt, gerade auch gegenüber Querkräften senkrecht zur
Biegeebene. Außer den gezeigten sind weitere Realisierungen der
Erfindung möglich. So können bei Bedarf mehr als drei
zusammenwirkende Formelemente pro Rohrsegmentverbindung vorgesehen sein. Statt
der keilförmigen Gestalt können die Formelemente beliebige andere, zur
Erzielung des gewünschten Formschlusses geeignete Gestaltungen
aufweisen, die gegen Torsionsbewegungen der Rohrsegmente relativ
zueinander sichern. So sind als positive Formelemente z. B. Kegel-,
Trapez-, Halbkugel- oder Kegelradverzahnungs-Körper möglich, die mit
entsprechenden Ausnehmungen als negative Formelemente
zusammenwirken. Als Zug- oder Fixierelemente können statt der
beschriebenen mittigen und/oder seitlichen Stäbe bei Bedarf Seile oder Drähte zum
Einsatz kommen.
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Um das Eindringen von Verunreinigungen in das Innere des
Endoskoprohrstücks zu verhindern, kann in allen Fällen in nicht gezeigter,
herkömmlicher Weise ein Schutzschlauch als äußere Umhüllung der
Rohrsegmentreihe vorgesehen sein.