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Die Erfindung bezieht sich auf ein rohrförmiges, seitlich aus einer Ausgangslage auslenkbares Bauteil, insbesondere zur Verwendung als bewegliches Endoskop-Spitzensegment.
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Solche Bauteile sind im Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt.
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Aus der
DE 43 17 914 A1 ist beispielsweise ein solches Bauteil als flexibles Endoskoprohr bekannt, das aus einzelnen, rohrförmigen Gliedern aufgebaut ist, die durch Schwenkorgane miteinander verbunden sind. Dabei kommt eine aufwändige Mechanik zum Einsatz, die den Aufbau erschwert.
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Aus der
DE 296 23 452 U1 ist ein solches Bauteil als abwinkelbares Rohr bekannt, das aus mehreren formschlüssig miteinander verbundenen Rohrabschnitten ausgebaut ist. Um den Aufbau zu vereinfachen, sind diese Rohranschnitte aus einem starren Rohr durch Erzeugung umlaufender Trennfugen hergestellt.
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Aus der
DE 101 60 922 A1 ist ein Endoskoprohrstück bekannt, das aus einzelnen Segmenten ausgebildet ist, wobei zwischen den Segmenten Biegespalte vorhanden sind. Die Stabilisierung des Endoskoprohrstücks erfolgt durch eine in den Segmenten eingelegte Schraubenfeder.
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Schließlich ist aus der
DE 312350 A ein Kystoskop bekannt, das auch aus einzelnen Segmenten mit Biegespalte und einer innenliegenden Schraubenfeder ausgebildet ist.
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Solche Bauteile können beispielsweise im medizinischen Bereich als separate Manipulatoren oder in Verbindung mit einem Endoskop als Endoskopspitze eingesetzt werden. Diese Bauteile bestehen aus mechanischen Elementen, die auf Steuerseile aufgefädelt sind. Die Elemente können aus Feinblech zu einer zylindrischen Rolle geformt und vernietet oder anderweitig fixiert sein. Die zylindrischen Elemente weisen Führungsösen auf, durch die die Steuerseile geführt sind. Die einzelnen Elemente können auch aus stabförmigem Rohrmaterial mittels Laser-Schneidetechnik hergestellt sein.
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Die Steuerseile und/oder miteinander beweglich verbundene Überlappungen der Elemente bilden die Verbindung zwischen den einzelnen Elementen, wobei meist zusätzlich noch eine äußere stabilisierende Umhüllung vorgesehen ist. Bei Verwendung als Endoskopspitze wirken die das Bauteil durchgreifenden Endoskopteile ebenfalls stabilisierend. Trotzdem weisen solche Bauteile nur eine eingeschränkte Richtungsstabilität und Endstabilität im abgewinkelten Zustand auf.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauteil der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das einfach herstellbar ist, ein Abwinkeln in einer stabilen Ebene ermöglicht, auf Schub und Zug sowie mit seitlichen Krafteinwirkungen belastbar und torsionsstabil ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass das Bauteil mehrere hülsenförmige Einzelglieder aufweist, die über Schwenkgelenke mit quer zur Längserstreckung orientierten Gelenkachsen schwenkbar miteinander verbunden sind, dass die Schwenkgelenke durch an ihren jeweils zueinander gewandten Enden formschlüssig und in Schwenkrichtung beweglich ineinander greifende Wandungsabschnitte gebildet sind und dass zur Sicherung der formschlüssig verbundenen Einzelglieder gegen eine Querverschiebung ein die Innenhöhlung des Bauteils durchsetzendes, biegbares Stützelement und/oder eine biegbare Außenhülle vorgesehen ist, dass die hülsenförmigen Einzelglieder an einem Hülsenende als Teil eines Schwenkgelenks einerseits wenigstens einen aus einem Wandungsabschnitt gebildeten Vorsprung und am anderen Hülsenende wenigstens eine in einem Wandungsabschnitt vorgesehene Ausnehmung mit Hinterschneidung für den Vorsprung eines benachbarten Einzelgliedes aufweisen und dass die Vorsprünge und die Ausnehmungen eines Einzelglieds in Längsrichtung des Bauteils zueinander fluchtend angeordnet sind.
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Durch die als Gelenkteile geformten Wandungsabschnitte, die formschlüssig ineinander greifen, sind zusätzliche Verbindungsteile nicht erforderlich, so dass die Montage der Einzelglieder zu einem rohrförmigen Bauteil besonders einfach vorgenommen werden kann. Dazu können die Einzelglieder quer zu ihrer Längserstreckung mit ihren Gelenkteilen seitlich ineinander geschoben werden, so dass sie dann in Längsrichtung formschlüssig und in einer Ebene gelenkig verbunden sind. Das nach der Montage der Einzelglieder in die Innenhöhlung des Bauteils eingreifende Stützelement sichert die Einzelglieder gegen seitliches Verschieben und hält diese somit in Funktionslage. Das Stützelement kann ein speziell für diesen Zweck dienendes Teil sein, beispielsweise eine Flachwendelspirale oder eine Runddrahtspirale. Andererseits kann bei Verwendung als bewegliches Endoskop-Spitzensegment als Stützelement ein das Spitzensegment durchgreifendes Endoskopteil dienen. Schließlich kann zur Stabilisierung auch eine äußere Hülle vorgesehen sein.
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Durch die formschlüssig verbundenen Einzelglieder ist eine hohe Stabilität des Bauteils sowohl in Schub- und Zugrichtung als auch gegen Torsion vorhanden. Außerdem weist das Bauteil eine hohe Knickstabilität auf und kann somit großen Seitenschubkräften standhalten.
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Da zusätzliche Verbindungsteile für das Kuppeln der Einzelglieder nicht erforderlich sind, steht entsprechend Platz für die Dimensionierung der Gelenkteile zur Verfügung, so dass diese vergleichsweise groß und dickwandig und damit stabil ausgeführt sein können.
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Für die Bewegbarkeit des Bauteils ist zwischen benachbarten Einzelgliedern zumindest auf einer Seite seitlich neben den Schwenkgelenken ein auf die vorgesehene Bewegbarkeit des Bauteils dimensionierter Freiraum vorgesehen.
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Durch die Lage und Breite der Freiräume kann vorbestimmt werden, in welche Richtung und in welchem Winkel die Bewegbarkeit, also die seitliche Auslenkbarkeit der Einzelglieder relativ zueinander möglich ist. Damit kann bestimmt werden, ab welcher Seitenauslenkung Seitenschubkräfte aufgebaut und damit Manipulationen durchgeführt werden können. Sind nur auf einer Längsseite Freiräume vorhanden, so ist eine Auslenkung nur in eine Richtung, ausgehend von der Strecklage oder einer anderen Ausgangslage möglich.
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Vorzugsweise sind an den Hülsenenden jeweils an diametral gegenüberliegenden Seiten einerseits Vorsprünge und andererseits Ausnehmungen vorgesehen. Damit sind an den Einzelgliedern symmetrisch angeordnete Gelenkteile vorhanden, die eine hohe Verbindungsstabilität der Einzelglieder ergeben. Für Sonderfälle und wo eine reduzierte Belastbarkeit ausreicht, besteht aber auch die Möglichkeit, nur auf einer Seite Gelenkteile anzuordnen.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 ein Endoskop mit einem beweglichen Endoskop-Spitzensegment,
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2 eine Seitenansicht eines Endoskop-Spitzensegments in Strecklage,
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3 eine etwa 2 entsprechende Darstellung, hier jedoch in seitlich ausgelenkter Lage des Spitzensegments,
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4 ein Einzelglied eines Spitzensegments in perspektivischer Ansicht,
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5 eine perspektivische Ansicht eines mit einer Abschlussformung versehenen Endgliedes,
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6 eine perspektivische Ansicht eines mit einem Anschluss zum Verbinden mit einem Endoskop versehenen Endgliedes und
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7 eine Durchsicht eines Endoskop-Spitzensegments.
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1 zeigt eine bevorzugte Anwendung eines seitlich aus einer Ausgangslage auslenkbaren Bauteils 1, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Endoskop-Spitzensegment dient. Das in 1 gezeigte Endoskop ist ein Intubations-Endoskop 2 mit einem Griffteil 3 und einem Sondenteil 4. Das Sondenteil ist aus mehreren, vorgeformten, starren Sondenabschnitten 4a bis 4e zusammengesetzt. Das bewegliche Bauteil 1, welches das Endoskop-Spitzensegment bildet, schließt an das Sondenteil 4e an. Das Endoskop-Spitzensegment ist mittels eines am Griffteil 3 befindlichen Hebels 5, der über zwei Steuerseile 6 (vgl. 7) mit dem Spitzensegment verbunden ist, gemäß dem Doppelpfeil Pf 1 beweglich.
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Das bewegliche Bauteil 1 ist aus mehreren hülsenförmigen Einzelgliedern 7 zusammengesetzt, von denen eines in 4 dargestellt ist. In Montagestellung gemäß 2 sind die Einzelglieder 7 über Schwenkgelenke 9 mit quer zur Längserstreckung orientierten Gelenkachsen 8 schwenkbar miteinander verbunden. Dabei sind die Schwenkgelenke 9 durch Wandungsabschnitte der hülsenförmigen Einzelglieder gebildet, die an ihren jeweils zueinander gewandten Enden formschlüssig, in Schwenkrichtung beweglich ineinander greifen. Dabei können die Einzelglieder 7 quer zu ihrer Längserstreckung mit ihren Gelenkteilen ineinander geschoben und dadurch miteinander verbunden werden. Zur Sicherung der Einzelglieder 7 in Endmontagelage, wo die Gelenkteile ineinander greifen, kann in die Innenhöhlung 10 (7) des Bauteils 1 ein biegbares Stützelement 11 eingeschoben werden. Zusätzlich oder anstatt dieses Stützelementes 11 kann auch eine biegsame Außenhülle dienen, durch die ebenfalls verhindert wird, dass die Einzelglieder 7 in Querrichtung auseinandergeschoben werden können.
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Wie gut in 4 erkennbar, weisen die hülsenförmigen Einzelglieder 7 an einem Hülsenende 12 als Teil eines Schwenkgelenks 9 an diametral gegenüberliegenden Seiten aus Wandungsabschnitten gebildete Vorsprünge 13 auf, während am anderen Hülsenende 14 in der Wandung vorgesehene Ausnehmungen 15 passend in die Vorsprünge 13 eines benachbarten Einzelgliedes 7 vorgesehen sind. Die randoffnen Ausnehmungen 15 haben Hinterschneidungen 16, durch welche die Vorsprünge 13 gehalten sind. Das jeweilige Schwenkgelenk wird somit durch das Ineinandergreifen der Vorsprünge 13 in die Ausnehmungen 15 gebildet, wobei keine zusätzlichen Gelenkteile wie beispielsweise Achsen und dergleichen erforderlich sind.
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Die Vorsprünge 13 sind jeweils durch ein kreisrundes Wandteil mit einem halsartigen Übergangs-Wandabschnitt 17 zum übrigen Hülsenkörper 18 gebildet. Entsprechend komplementär sind die Ausnehmungen 15 geformt.
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Wie gut in 2 erkennbar, sind die randoffnen Ausnehmungen 15 im Bereich der sich an die Hinterschneidung 16 anschließenden Öffnung 19 so bemessen, dass die lichte Weite der Öffnung 19 größer ist als die Breite des halsartigen Übergangs-Wandabschnitts 17. Dadurch ist im Ausführungsbeispiel beidseits des Übergangs-Wandabschnitts 17 jeweils ein Freiraum 20 (2) gebildet, dessen Dimensionierung die Beweglichkeit des Bauteiles 1 bestimmt. Gut zu erkennen ist auch, dass sich diese Freiräume 20 unmittelbar seitlich an die Schwenkgelenke 9 anschließen.
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Die Gelenkteile können im Vergleich zum Durchmesser des Bauteils 1 groß ausgebildet sein, wobei der Durchmesser der runden Vorsprünge 13 und der Ausnehmungen etwa dem Radius des Bauteiles 1 entsprechen kann. Daraus resultiert, auch in Verbindung mit der möglichen Wandungsdicke, die etwa einem Zehntel bis einem Fünftel des Durchmessers des Einzelglieds entsprechen kann, eine hohe Stabilität. Diese ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Bauteil auch als Manipulator dient, wobei vergleichsweise hohe Schubkräfte, Zugkräfte und auch Seitenkräfte übertragen werden sollen.
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Insbesondere in 2 ist gut erkennbar, dass die Vorsprünge 13 und die Ausnehmungen 15 eines Einzelglieds 7 in Längsrichtung des Bauteiles zueinander fluchtend und parallel zur Längsachse angeordnet sind. Die Gelenkteile liegen also in gerader Strecklage des Bauteils 1 auch auf einer geraden Linie. Beim Verschwenken des Bauteiles bzw. jeweils der einzelnen Einzelglieder 7 relativ zueinander erfolgt dadurch eine Bewegung in einer Ebene. Für spezielle Anwendungen besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Vorsprünge 13 und die Ausnehmungen 15 eines Einzelglieds 7 in Rotationsrichtung um die Längsachse das Bauteiles versetzt zueinander angeordnet sind. In diesem Fall würde sich bei mehr als zwei Einzelgliedern 7 eine räumliche Bewegung des Bauteiles 1 beim Auslenken ergeben.
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Bevorzugt sind die hülsenförmigen Einzelglieder 7 zylindrisch ausgebildet, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Je nach Anwendungsfall können die Einzelglieder aus verschiedenem Material bestehen, wobei bevorzugt Metall zum Einsatz kommt. Die Herstellung der Einzelglieder 7 kann durch Laserschneiden oder aber durch Drahterodieren erfolgen. Die Herstellung mittels Drahterodieren ergibt eine besonders hohe Präzision bei gleichzeitig einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit.
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In 3 ist das Bauteil 1 in seitlich ausgelenkter Position dargestellt. Gut zu erkennen ist hierbei, dass auf der einen Seite keine Freiräume 20 neben den Gelenken vorhanden sind, da in dieser Auslenklage die die Öffnung 19 begrenzenden Wandungsteile einseitig an dem halsartigen Übergangs-Wandabschnitt 17 anliegen. Somit kann die Bewegbarkeit des Bauteiles 1 durch die Dimensionierung der Freiräume 20 bestimmt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine etwa symmetrische Auslenkung, ausgehend von einer geraden Strecklage (2) vorgesehen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, jeweils benachbarte Freiräume 20 unterschiedlich zu dimensionieren, so dass beispielsweise aus einer geraden Strecklage sich die Auslenkbarkeit in eine Richtung von der zu der anderen Seite unterscheidet. Im Extremfall kann auch eine Auslenkbarkeit nur in eine Richtung vorgesehen sein.
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In den 5 und 6 sind Einzelglieder 7a, 7b gezeigt, die als Endglieder des Bauteiles 1 dienen. Das Einzelglied 7a gemäß 5 weist eine Abschlussformung 22 auf, während das Einzelglied 7b gemäß 6 einen Anschluss 21 zum Verbinden insbesondere mit einem Endoskop aufweist.
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7 zeigt das Bauteil 1 in einer Durchsicht, um die einzelnen Komponenten besser erkennen zu können. Das biegbare Stützelement 11, welches sich in der Innenhöhlung 10 des Bauteiles 1 befindet, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Runddrahtspirale ausgebildet. Außer einer solchen Runddrahtspirale kann auch eine Flachwendelspirale vorgesehen sein oder aber ein rohrförmiges, beispielsweise durch eine Kunststoffhülse gebildetes, biegbares Element. Das Stützelement 11 ist an den Endgliedern des Bauteils 1 befestigt und damit gegen Herausrutschen gesichert. Es weist einen etwa dem lichten Innenquerschnitt des rohrförmigen Bauteiles entsprechenden Querschnitt auf, so dass eine seitliche Verschiebung der Einzelglieder 7, 7a, 7b relativ zueinander nicht möglich ist.
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In 7 sind auch die Steuerseile 6 gut erkennbar, welche die in den Einzelglieder 7 vorgesehenen Kanäle 23 durchsetzen und mit ihren vorderen Enden an dem vorderen Endglied 7a befestigt sind. Die Steuerseile 6 sind in den Kanälen 23 der Einzelglieder 7 frei geführt und verlaufen dann ab dem Anschluss-Einzelglied 7b in Führungshülsen 24. Die Öffnungen der Kanäle 23 sind auch in den 4 und 5 erkennbar. Sie sind im Ausführungsbeispiel um 90 Grad zu der Gelenkachse 8 versetzt angeordnet.
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Erwähnt sei noch, dass die Länge der Einzelglieder 7 nach der geforderten Beweglichkeit des Bauteiles 1 dimensioniert ist. Bei engen Biegeradien sind die Einzelglieder 7 entsprechend kurz ausgebildet, während bei geringer Auslenkung entsprechend längeren Einzelglieder 7 vorgesehen sind. Im Extremfall genügen auch nur zwei miteinander verbundene Einzelglieder, die relativ zueinander verschwenkbar sind.
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Auch mit der Anordnung und Dimensionierung der Freiräume 20 können unterschiedliche Bewegungsmuster realisiert werden. Beispielsweise können die Freiräume so angeordnet beziehungsweise ausgebildet sind, dass sich abschnittsweise unterschiedliche Bewegungsrichtungen sowie auch unterschiedliche Bewegungsstrecken ergeben.
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Das Bauteil 1 kann bevorzugt einen Außendurchmesser von etwa 2 mm bis etwa 10 mm aufweisen.
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Außer der Anwendung in Verbindung mit einem Endoskop ist eine weitere mögliche Anwendung, dass das Bauteil 1 in geradem oder gebogenem Zustand als Tastspitze oder dergleichen Manipulationsteil eingesetzt wird, mit dem eine Krafteinwirkung auf einen Gegenstand ausgeübt werden kann. An der Spitze eines geraden oder vorgeformten Manipulatorschafts kann das Bauteil 1 Betätigungen durchführen. Es kann dabei auch als Werkzeugträger dienen, wobei anstatt der Abschlussformung 22 ein Anschluss für ein Werkzeug, zum Beispiel ein Arbeitswerkzeug wie zum Beispiel einen Schaber, ein Messer, eine Zange oder dergleichen oder ein Manipulationswerkzeug wie zum Beispiel wenigstens ein Haken, eine Öse, Stifte oder dergleichen vorgesehen ist.
