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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Balanciervorrichtung für
ein an einer Drehachse (A-Achse) gelagertes Operations-Mikroskop,
welche Drehachse über einen Schwenkträger an einem
Stativ gehalten ist. Das Operations-Mikroskop ist über
einen Kreuzschlitten in Y- und Z-Richtung (alternative gängige
Bezeichnung: A-B-Schlitten) in zwei Raumrichtungen (horizontale
und vertikale Raumrichtung) balancierbar. Ein typischer Aufbau gemäss
diesen Merkmalen ist das Operations-Mikroskop MC1 der Anmelderin.
Unter Stativ im Sinne der Erfindung sind alle Vorrichtungen zu verstehen,
die ein Operations-Mikroskop vom Boden beabstanden.
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Wie
dem Fachmann bekannt ist, müssten Operations-Mikroskope
sehr leicht beweglich und ohne großen Kraftaufwand rasch
verstellbar sein. Damit sich das Operations-Mikroskop in einer einmal eingestellten
Position nicht selbsttätig verstellt, müssen die
auftretenden Kräfte und Momente in jeder Lage ausgeglichen
(balanciert) sein. Wenn aber das Operations-Mikroskop nicht genug
ausgeglichen ist, müssen Bremsen oder Stützeinrichtungen
vorhanden sein, um das Operations-Mikroskop an seiner Lage zu halten.
Solche Bremsen bzw. Stützeinrichtungen erhöhen
das Gesamtgewicht der Konstruktion nachteilig. Aber auch selbst
dann, wenn Bremsen bzw. Stützeinrichtungen vorhanden sind,
sollten die Kräfte und Momente ausgeglichen sein, um ein
leichtes Bewegen des Operations-Mikroskops im Raum bei gelösten
Bremsen bzw. bei entfernten Stützeinrichtungen zu ermöglichen.
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Andererseits
werden beim üblichen Einsatz eines Operations-Mikroskops
eine Vielfalt von unterschiedlichem Zubehör (z. B. Tuben,
Verlängerungen, Filter, Vorsatzlinsen etc.) verwendet.
Dies hat jedoch in meisten Fällen eine Verlagerung des
Gesamtschwerpunktes zur Folge. Dadurch ist das Operations-Mikroskop
nicht mehr im Gleichgewicht und muss neu ausbalanciert werden. Ziel
ist dabei grundsätzlich, den Gesamtschwerpunkt auf der
Schwenkachse des Operations-Mikroskops zu halten.
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Die
DE 10133018 A1 (von
der gleichen Anmelderin) beschreibt eine solche Anordnung, wobei auch
hier ein Optikträger mit einem Operations-Mikroskop um
eine horizontale Drehachse (A-Achse) drehbar sind. Sie sollen in
Bezug auf diese A-Achse ausbalanciert sein, damit ein Chirurg bei
gelösten Bremsen möglichst leicht, d. h. widerstandsfrei
und drehmomentfrei den Optikträger, und damit das Operations-Mikroskop
um diese A-Achse drehen kann. Diese Drehachse ist üblicherweise
am unteren Teil des Schwenkträgers ausgebildet und mit
einer Brems- oder Feststelleinheit versehen, die eine Drehbewegung
des Optikträgers und damit des Operations-Mikroskops in
Bezug auf den Schwenkträger verhindert.
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Zwischen
dem Optikträger und dem Schwenkträger ist eine
Balanciereinheit eingebaut, mittels welcher der Optikträger
mit dem Operations-Mikroskop um die horizontale A-Achse in Y- und Z-Richtungen
ausbalancierbar sind. Diese Balanciereinheit umfasst zwei Schlitten,
die aufeinander angeordnet sind. Der eine davon in Y-Richtung, der
andere in Z-Richtung mittels je einer Verstelleinheit verstellbar
und in eingestellter Stellung fixierbar ist. Am oberen Ende des
Schwenkträgers ist eine weitere Verstelleinheit angeordnet,
welche eine Verstellung in X-Richtung ermöglicht (
2 der
DE 10133018 A1 ).
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Die
Lösungen gemäss der
DE 10133018 A1 (
2 und
3)
wurden in der Praxis noch nicht vorgestellt. Eine ähnliche ältere
Lösung wurde hingegen durch das Stativ MC1 der Anmelderin
geoffenbart: Bei dieser Lösung wurde die Y-Z Verstelleinheit aus
den beiden aufeinander angeordneten Schlitten so an der Drehachse
befestigt, dass der Z-Schlitten direkt an der Drehachse befestigt
war und der Y-Schlitten einerseits direkt am Z-Schlitten und andererseits
am Optikträger. Der X-Schlitten war wie bei beim Aufbau
gemäss
2 der
DE 10133018 A1 oberhalb
des Schwenkträgeres befestigt. Dieser Aufbau hat sich im
Wesentlichen bewährt. Er hatte jedoch einen Nachteil: Um
auch bei jenen Konfigurationen des Systems für den Chirurg
eine hinreichende Balancierung zu ermöglichen, bei denen
am Optikträger z. B. Assistententuben oder seitliche Zusatzgeräte
angeschlossen werden sollen, muss der Chirurg jedes Mal, wenn er
solche Zusatzgeräte montiert oder entfernt, einen neuen
Balanciervorgang durchführen. Dazu muss er nach dem Lösen
der Bremse bzw. Arretierung des Optikträgers relativ zur
A-Achse, diesen
- a) einmal in eine – einer
normalen Beobachtungsposition des Operations-Mikroskops entsprechenden – senkrechte
Position bringen, danach
- b) an der Balancierschraube für die Verstellung in Y-Richtung
drehen, so lange und in jene Richtungen, die das Operations-Mikroskop über
die A-Achse in dieser Position balancieren; danach
- c) den Optikträger in eine zur normalen senkrechten
Beobachtungsposition horizontale Position bringen, danach
- d) an der Balancierschraube für die Verstellung in Z-Richtung
drehen, so lange und in jene Richtungen, die das Operations-Mikroskop
wieder über die A-Achse balancieren.
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Nach
Abschluss dieser Balanciervorgänge ist das Mikroskop in
Bezug auf die A-Achse vollständig ausbalanciert, d. h.
es ist wie schwerelos über die A-Achse schwenkbar.
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Die
Schritte a–d mit der obige Anordnung führen allerdings
dazu, dass der Chirurg „alle Hände voll zu tun
hat” und dementsprechend beim Wechsel von Zusatzgeräten
bzw. danach während des Balanciervorganges eine Menge Zeit
verliert. Als zusätzliche Erschwernis befinden sich die
Balancier schrauben im – während einer Operation – gedrapten
(mittels Drape abgedeckten) Bereich, so dass der Chirurg diese Schrauben
nur schlecht erreichen kann, bzw. durch das Drape hindurch kaum
betätigen kann.
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Eine
naheliegende Lösung zur Beseitigung dieser Problematik
wäre das Umrüsten des MC1 mit einer automatischen
Balanciervorrichtung, die selbsttätig wenigstens die Schritte
b und d erledigt. Durch eine solche automatische Balancierung würde
sich jedoch der Aufbau deutlich verteuern. Ob und wie es technisch
lösbar wäre, ist zudem für diesen Anwendungsfall
in der Praxis nicht erforscht. Als Alternative könnte auf
die ideale Balancierung verzichtet werden, indem – wie
anderen Produkten am Markt – eine Unterstützungsvorrichtung
mit Federkraft o. dgl. im nichtbalancierten Zustand eine Positionstreue
erzielen. Dadurch wäre jedoch die Leichtigkeit der Bewegung
des Operations-Mikroskops eingeschränkt. Andererseits würde
dadurch auch die Homogenität der Bewegungen reduziert.
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Der
Erfindung liegt somit als erste Aufgabe die Lösung der
obigen Problematik zugrunde. Es soll also ohne teure und aufwendige
Vollautomatisierung der Balancierung um die A-Achse eine Reduktion oder
Vereinfachung der Balanciervorgänge erreicht werden.
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Der
Stand der Technik MC1 zeigte jedoch noch ein weiteres Problem:
Um
auch bei jenen Konfigurationen des Systems für den Chirurg
eine hinreichende Balancierung zu ermöglichen, insbesondere
wenn am Optikträger z. B. Assistententuben oder seitliche
Zusatzgeräte angeschlossen werden sind, führt
die bekannte Anordnung gemäss MC1 allerdings dazu, dass
diese Zusatzgeräte während des Balanciervorganges
mit dem, für vertikale Verstellung zuständigen
Schlitten, der an der A-Achse sitzt, in Kollision kommen können.
Deswegen war beim Bekannten früher die Bewegungsfreiheit des
Operations-Mikroskops eingeschränkt. Andererseits wurde
dadurch ebenso die Homogenität der Bewegungen reduziert,
da eine vollständige Ausbalancierung nicht immer möglich
war.
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Nach
dem Stand der Technik bei MC1 wurde nun in der Vergangenheit – um
dieses Problem zu reduzieren – das Ausbalancieren in den
Y- und Z-Richtungen durch das Anbringen eines Zusatzgewichtes erleichtert.
Das Zusatzgewicht wurde mit seinem Gewicht von ca. 3.5 kg an der
den Zusatzgeräten am Operations-Mikroskop gegenüberliegenden
Seite des Optikträgers angeschlossen. So wurden die Zusatzgeräte über
die A-Achse mindestens hinsichtlich der Y-Richtung (bei Normalposition
des Operations-Mikroskops – vgl. Schritt a) oben) ausbalanciert.
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Der
Nachteil dieses bekannten Gewichtsausgleichs ist, dass er das Gesamtgewicht
deutlich erhöht, was zu einer erhöhten Massenträgheit
im Verschwenkfall führt. Außerdem erforderte das
Montieren oder Entfernen dieses Zusatzgewichts einen zusätzlichen
Aufwand. Dieses Verfahren ist somit zeitaufwändig und ergibt
zudem aus dem größeren Gesamtgewicht erhöhte
Kräfte und Momente am gesamten Stativ (siehe z. B.
EP-0476551 A1 ).
Das Zusatzgewicht erzeugt ja nicht nur eine Erhöhung des Drehmoments
(Widerstandsmoments gegen Verdrehung) beim Verstellvorgang, sondern
auch eine stärkere Reibung in allen Lagern des gesamten
Stativs, was insgesamt die Trägheit des Stativs erhöht,
bzw. seine Beweglichkeit einschränkt. Homogenität
der Bewegungen des Stativs sind dadurch ebenso reduziert. Zudem
mussten natürlich die Tragarme des Stativs sowie alle anderen
tragenden Bauteile entsprechend stärker dimensioniert werden,
was wiederum das Gesamtgewicht dieser Bauteile und damit auch die
Kosten des Stativs deutlich erhöhte.
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In
modernster Chirurgenpraxis müssen Operations-Mikroskope
nicht nur den Standardanforderungen hinsichtlich optischer Qualität,
brillanter Beleuch tung, kompakter Bauweise und höchster
Flexibilität genügen, sondern auch weitergehende
Betriebs-Aspekte mit einbeziehen. Heute muss also berücksichtigt
werden, dass die Anzahl der Operationen pro Tag angestiegen ist.
Die Zeit, die benötigt wird, ein Operations-Mikroskop für
die bevorstehende Operation einzurichten, gewinnt zunehmend an Bedeutung.
Als ein wesentlicher Bestandteil der Infrastruktur im Operationssaal,
beeinflusst das Operations-Mikroskop bedeutend die kostspielige
Vorbereitungszeit.
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Die
Erfindung liegt daher die zweite Aufgabe zugrunde, eine gemäss
erster Aufgabe verbesserte Vorrichtung noch weiter zu verbessern,
welche eine relative schnellere und einfachere, sowie vollständige
Ausbalancierung des Operations-Mikroskops ohne Zusatzgewicht ermöglicht,
und durch welche die obigen Nachteile des Standes der Technik bedeutend
reduziert, bzw. eliminiert werden kann. Alle mögliche Konfigurationen
des Operations-Mikroskops sollen also für den Chirurg möglichst
einfach ausbalancierbar sein.
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Zur
Lösung der ersten Aufgabe erkannte der Erfinder, dass in
einem ersten Teilschritt zur Problemlösung und Komforterhöhung
eine Elektrifizierung der Schlittenantriebe dienlich ist und hat
somit anstelle oder zusätzlich zu den Balancierschrauben
Elektroantriebe vorgesehen, die fernbedienbar durch den Chirurgen
gesteuert werden können. Eine solche Elektrifizierung von
Y- und Z-Schlitten ist übrigens nicht neu, zumal die Aufbauten
OHS 4 und OHS 5 von Mitaka solche elektrisch antreibbare
Schlitten aufweisen. Der Ersatz von handbedienbaren Balancierschrauben
durch Elektromotore mag an sich naheliegend sein. Dieser Ersatz
würde jedoch einhergehen mit folgenden Fernbedienelementen:
Ein Schalter für das Betätigen des einen Elektromotors- z.
B. für die Y-Verstellung und zwar in eine Richtung +Y und
eine Richtung –Y. Also beispielsweise ein Wippschalter
mit einer Richtung nach vor und zurück. Ein weiterer Schalter
für das Betätigen des anderen Elektromo tors- z.
B. für die Z-Verstellung und zwar in eine Richtung +Z und
eine Richtung –Z. Also beispielsweise ein zweiter Wippschalter
mit einer Richtung nach vor und zurück. So ist es auch
bei den erwähnten Stativen der Firma Mitaka realisiert.
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Mit
diesem naheliegenden bzw. bekannten Ersatz der bestehenden Balancierschrauben
durch zwei Elektromotore und je einen Wippschalter dazu würde
vom Chirurgen die folgende Gedankenleistung verlangt werden: Er
müsste bei jedem Balanciervorgang a–b oder c–d
den richtigen Wippschalter herausfinden, um ihn und damit den richtigen
Elektromotor zu betätigen.
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Während
dieser Vorgang beim herkömmlichen MC1 relativ logisch durch
die Positionierung der Balancierschrauben an den jeweiligen Schlitten
ist, würde diese Logik bei der elektrifizierten Version
fehlen. Insbesondere dann, wenn die Schalter am Handgriff montiert
wären. Nur dort könnten sie aber vorteilhaft platziert
sein. Somit müsste der Chirurg entweder auswendiglernen,
welcher Wippschalter zu welchem Verstellvorgang gehört,
oder müssten die Wippschalter entsprechend beschriftet
werden. Eine Beschriftung würde jedoch den Chirurg zwingen,
die Beschriftung zu lesen. D. h. er müsste sich gedanklich
und mit seinem Blick vom Operationsfeld bzw. vom Operations-Mikroskop
abwenden. Dies wird als unangenehm und nachteilig empfunden. Aus
diesem Grund ist die bloße (naheliegende und bekannte) Elektrifizierung
der bestehenden Balancierschrauben nur suboptimal.
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In
Erkenntnis dieses Umstandes hat der Erfinder einen zweiten, nicht
naheliegenden Teilschritt gemacht. Er löste die Bedienung
der beiden Elektromotore auf in eine grundsätzliche Vor-Zurückbewegung
(also nur mehr ein Wippschalter mit + und – Richtung) und
in einen Befehl zur Diskriminierung zwischen den beiden Elektromotoren.
Dadurch wird die Bedienung insofern einfacher, als die erforderliche
Gedankenleistung geringer wird. Mit dem einen Schalter wird gewählt
zwischen der senkrechten oder horizontalen Balancierrichtung. Das
kann beispielsweise ein andersförmiger Schalter sein, muss
also nicht Wippenform haben. Er kann beispielsweise eine solche
geometrische Form haben, dass es für die Bedienperson klar
ist dass die eine Schaltstellung eine horizontale und die andere
eine vertikale Position betrifft, somit in der einen Schaltstellung „greifbar” der
Y-Verstellmotor und in der anderen Schaltstellung der Z-Verstellmotor
unter Spannung gesetzt wird. Es könnte sich dabei auch
um einen akustischen Schalter handeln, der über das gesprochene
Wort diskriminiert. Mit dem anderen (Wipp) Schalter wird demgegenüber
der jeweils gewählte Motor nach vor oder zurück
gefahren.
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Diese
nicht naheliegende Auflösung der Ansteuerung der Elektromotore
erfordert vom Chirurgen weniger Gedankenleistung und steigert somit
den Komfort und die Geschwindigkeit der Bedienung.
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Die
erste Aufgabe wird somit durch diese erfindungsgemässe
Ausgestaltung gelöst.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn nun auch der Diskriminierungsschalter
weggelassen wird bzw. wenn dem Chirurgen die Aufgabe genommen wird,
den Diskriminierungsschalter zu bedienen. Dazu kommt der Erfinder,
indem er erfindungsgemäss keinen eigenen Schalter für
die Umschaltung zwischen den beiden Balancierlagen vorsieht sondern
einen Sensor, der selbsttätig die jeweilige Balancierlage
detektiert und demzufolge die entsprechenden Elektromotore mit dem
Vor-Zurück-Schalter verbindet. Erfindungsgemäss
braucht der Chirurg somit nur mehr einen Schalter bedienen. Je nach
vom Chirurgen willkürlich gewählter Balancierlage
wird somit mittels Wippschalter automatisch der richtige Elektromotor
angesteuert.
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Eine
einfache elektrische Realisierung dieser Weiterentwicklung der Erfindung
wäre eine Lösung mittels Positions-Schalter bzw.
End-Schalter. Hierfür wäre allerdings eine relativ
aufwändige Verkabelung erforderlich. Außerdem unterliegen
mechanische Schalter einem mechanischen Verschleiß, weshalb
der Erfinder auch hier nach einer weiteren Verbesserung suchte.
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Als
erfindungsgemäss einsetzbare Sensor kommen daher verschiedenste
elektronische Sensoren in Frage. Gemäss einer Weiterentwicklung
der Erfindung hat der Erfinder jedoch einen besonderen Sensor herausgefunden,
der sich aufgrund seiner einfachen Wirkungsweise, seines robusten
Aufbaus und seiner guten Verfügbarkeit auszeichnet: Es
wird erfindungsgemäss ein statischer Beschleunigungssensor
eingesetzt. Bevorzugt wird folgender Typ verwendet: Hersteller:
Analog Devices Inc, Type: ADXL322
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Dieser
Sensor zeigt mit hoher Auflösung und verschleißfrei
die gewählte Lage an und kann somit gut zwischen den beiden
Balancierlagen diskriminieren, ohne dass der Chirurg die Information über
die gewählte Balancierlage eingeben muss.
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Bei
Verwendung eines solchen statischen Beschleunigungssensors kann
somit die Verkabelung minimal gehalten werden. Er kann mit der Umschaltelektronik
für die beiden Elektromotore direkt in einem der Schlitten
und somit unmittelbar bei den Elektromotoren integriert werden.
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Weitere
Details dieser Erfindung sind aus den Patentansprüchen
und den Figuren bzw. Figurenbeschreibungen entnehmbar.
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Der
Erfinder erkannte weiters, dass zur Lösung der gestellten
zweiten Aufgabe mindestens das Gewicht im Bereich des Optikträgers
reduziert werden soll, ohne die Bewegungen für einen feinen
Balanciervorgang einzuschränken. Insbesondere sollte das
zusätzliche Ausgleichsgewicht entfernt werden. Sollte dies
gelingen, wäre in Verbindung mit der obigen Lösung
der ersten Aufgabe eine ideale Konstruktion für das Operations-Mikroskop
gefunden. Diese zweite Aufgabenstellung wird durch keine der bekannten
Balanciervorrichtungen gelöst oder nahegelegt, insbesondere
auch deshalb, weil diese Aufgabenstellung bisher in keinem der bekannten
Dokumente (inkl. Der
DE
10133018 A1 ) zum Stand der Technik angegeben worden war.
Neben dem Ersatz des Zusatzgewichts sollen also auch die Gewichtseinsparung,
Kostenreduktion und Leichtgängigkeit des Stativs im Vordergrund
stehen.
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Diese
zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Balanciervorrichtung mit den zusätzlichen Merkmalen des
Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung werden in den weiteren abhängigen Ansprüchen
beschrieben.
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Die
Erfindung gemäss wird symbolisch und beispielhaft anhand
der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es ist verständlich, dass die Massnahmen der Lösung
der ersten Aufgabe in den nachfolgenden 1–3 zwar
integriert, jedoch nicht explizit sichtbar sind.
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Es
zeigen:
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1 einen
Gesamtaufbau eines Stativs für und mit einem des Operations-Mikroskop
mit erfindungsgemäßer Balanciervorrichtung in
Seitenansicht,
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2 ein
perspektivisches Bild eines Teiles des Stativs mit dem Operations-Mikroskop
nach 1 und der Balanciervorrichtung in größerem Maßstab,
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3 eine
schematische Vorderansicht der Lösung nach 2 in
Y-Richtung gesehen – mit nur einem symbolisch dargestellten
Okular 10;
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4 einen
Kreuzschlitten der Balanciervorrichtung in Seitensicht mit den beiden
Elektromotoren;
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5 eine
Platine mit eingebautem Sensor BS;
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6 einen
Teil des Schlittens S2 der Balanciervorrichtung mit angebauter Platine 22,
so dass der Sensor BS integriert ist;
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7 den
Teil nach 6 in senkrechter verschwenkter
Balancier-Position und
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8 das
erfindungsgemässe Schaltschema mit einem Vor-Rück-Schalter
VRS und einem elektronischen Umschalter 23.
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In
1 ist
ein schematischer Gesamtaufbau eines Ausführungsbeispieles
des Stativs mit Operations-Mikroskop in Seitenansicht dargestellt. Es
ist mit einem, in an sich bekannten Stativfuß
1,
einem Vertikalträger
2 und einem Griff
3 zum
Bewegen des Stativs versehen. Am oberen Ende des Vertikalträgers
2 ist
eine aus dem MC1 bekannte Horizontalträgereinheit
4 angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform ist eine X-Verstelleinheit
6 am
freien Ende der Horizontalträgereinheit
4 angeordnet,
welche die Verstellung eines Schwenkträgers
5 und
mit ihm an dessen unterem Ende montierte Y- und Z-Verstelleinheiten
7 und
8,
sowie einen, an der Z-Verstelleinheit
8 befestigten Optikträger
9 in
X-Richtung ermöglicht. Das Stativ kann als Boden- Wand-
oder Deckenstativ ausgebildet sein. Es ist nur beispielhaft als
Bodenstativ dargestellt. Die dargestellte X-Verstelleinheit
6 entstammt
dem Stand der Technik
DE
10133018 A1 . Nähere Details dazu sind ebenda angegeben
und wird ausdrücklich auf diese Anmeldung Bezug genommen
(Inkorporation durch Referenz).
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Die
X-, Y- und Z-Verstelleinheiten 6–8 bilden zusammen
eine Balanciervorrichtung B, welche dem Schwenkträger 5 zugeordnet
ist. Mittels der speziellen Ausbildung und Anordnung der erfindungsgemäßen
Balanciervorrichtung B (siehe auch 2) können
z. B. manuelle Balancierverstellungen exakt und schnell durchgeführt
werden. Die Okulare des Operations-Mikroskops sind mit 10 und
ein Handgriff zur manuellen Verstellung des Operations-Mikroskops ist
mit 11 bezeichnet.
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An
diesem Handgriff 11 befindet sich beispielsweise, wie nicht
näher dargestellt ein Wipp-Schalter für die Vor-Zurück-Schalt-Befehle
und ein Schalter zur Diskriminierung zwischen den Balancierlagen.
Alternativ bzw. gemäss einer besonderen Ausgestaltung befindet
sich an diesem Handgriff 11 lediglich ein Vor-Zurück-Schalter
(z. B. ein Wippschalter), während die Diskriminierung zwischen
den Balancierlagen durch einen elektronischen Sensor mit entsprechender
Elektronik im Innern des Optikträgers 9 oder im
Inneren der Balanciervorrichtung 7 oder 8 erfolgt.
Die Verwendung des dargestellten Handgriffs 11 ist nur
beispielhaft. So könnte ebenso mit Vorteil – und
wie an sich bekannt – beim bereits erwähnten MC1
ein zweiseitiger Handgriff vorgesehen sein, also ein Handgriff für
die linke und einer für die rechte Hand. Üblicherweise
werden bei solchen Handgriffen (Motorradgriffen ähnlich)
auch elektrische Schaltknöpfe o. dgl. angeordnet, die z.
B. ein selektives Lösen der Bremsen und oder eine Ansteuerung
der Beleuchtung o. dgl. ermöglichen. Im erfindungsgemässen
Fall (erste Aufgabe) kann der Vor-Zurück-Schalter und oder
der Diskriminierungs-Schalter an einem oder beiden dieser Handgriffe
liegen.
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2 zeigt
perspektivisch den Teilaufbau des Schwenkträgers
5 und
der Stativteile für das Operations-Mikroskop im Bereich
des Optikträgers
9 und die Balanciervorrichtung
B selbst. Hier ist klar zu ersehen, dass ein Teil der Balanciervorrichtung
B, d. h. die X-Verstelleinheit
6 für die horizontale
Verstellung in X-Richtung gesondert beim oberen Ende des Schwenkträgers
5 angeordnet
ist (wie bei der Ausführung nach
2 der oben
zitierten
DE 10133018 A1 ).
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Das
Wesen der zweiten Aufgabenlösung liegt – abgesehen
von der neuartigen Diskriminierungs- und Vor-Zurück-Schaltung – in
der besonderen Ausbildung und Anordnung der weiteren Teile der Balanciervorrichtung
B, d. h. der Y-Verstelleinheit 7 für die Verstellung
in Y-Richtung, und der Z-Verstelleinheit 8 für
die Verstellung in Z-Richtung, welche am unteren Ende des Schwenkträgers 5 miteinander verbunden
und um eine horizontale Drehachse A drehbar und in ihrer beliebigen
eingestellten Dreh-Lage fixierbar angeordnet sind. Für
die erste Aufgabenlösung ist es erfindungsgemäss
nicht notwendig, wie die Y-Z-Verstelleinheiten angeordnet sind.
Sie könnten durchaus auch so wie beim MC1 angeordnet sein.
Erfindungsgemäß (hinsichtlich der zweiten und
Aufgabenlösung) sind die Y-Verstelleinheit 7 und
die damit zusammenwirkende Z-Verstelleinheit 8 der Balanciervorrichtung
B bevorzugt als ein Kreuzschlitten 12 ausgebildet. Ein
erster Schlitten S1 (in 2 horizontaler Pfeil) des Kreuzschlittens 12 ist
als Teil der Y-Verstelleinheit 7, und ein zweiter Schlitten
S2 (in 2 vertikaler Pfeil) des Kreuzschlittens 12 ist
als Teil der Z-Verstelleinheit 8 vorgesehen.
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Ein
wichtiges Merkmal der Erfindung liegt darin, dass der erste Schlitten
S1 des Kreuzschlittens 12 als Teil der Y-Verstelleinheit 7 entlang
der Drehachse A direkt neben dem Schwenkträger 5 angeordnet
ist, und sich der zweite Schlitten S2 des Kreuzschlittens 12 als
Teil der Z-Verstelleinheit 8 von der Y-Verstelleinheit 7 rechts
(siehe 2) befindet. Dort trägt er einen Mikroskophalter 13 befindet.
Für die reine Erfindungslösung gemäss
der ersten Aufgabe ist diese Anordnung jedoch nicht zwingend, da
schon bei herkömmlicher (also vertauschter, siehe MC1) Anordnung
die neue Diskriminierungs-Vorrichtung mit handbetätigbarem
Schalter oder elektronisch am Schlittenaufbau gemäss MC1
für den Chirurgen ein Vorteil an Bedienkomfort und an Erleichterung
der Balancierung erzielbar ist. Ein Optikträger 9 ist
in dem Mikroskophalter 13 und damit am zweiten Schlitten
S2 der Z-Verstelleinheit 8 gehalten. Dieser Aufbau ist
nur vorzugsweise, denn könnte auch der Optikträger 9 direkt
mit dem Schlitten S2 verbunden sein. Vom Operations-Mikroskop selbst
sind in 2 der Optikträger 9,
die Okulare 10 und der Handgriff 11 zu sehen.
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Die
beispielhaften Einzelheiten des Kreuzschlittens 12 sind
in 2 und 3 zu sehen. Der erste Schlitten
S1 hat ein horizontales Führungselement 14 und
einen, darin axial verschiebbar, bzw. verstellbar angeordneten Einsatz 15.
Der zweite Schlitten S2 ist in ähnlicher Weise mit einem
vertikalen Führungselement 16 und einem, darin
axial verstellbaren Einsatz 17 versehen. Zum Zusammenwirken
der beiden Schlitten S1 und S2 des Kreuzschlittens 12 ist
der horizontale Einsatz 15 des Schlitten S1 mit dem vertikalen
Führungselement 16 des Schlittens S2 verbunden
(2). Der Mikroskophalter 13 ist hier an
dem vertikal verschiebbaren Einsatz 17 des Schlittens 32 lösbar
oder starr befestigt. Die lösbare Befestigung kann einer
weiteren Balanciermöglichkeit dienen, indem der Mikroskophalter 13 bzw.
Optikträger 9 relativ zum Schlitten S2 positionierbar
ausgebildet ist.
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In 2 sind
die Y-Verstelleinheit 7 und die damit zusammenwirkende
Z-Verstelleinheit 8 der Balanciervorrichtung B zur manuellen
Verstellung und Fixierung mit je einem Knopf 18 bzw. 19 ausgerüstet. In 2 und 3 ist
eine schräg/vertikale Achse des Mechanismus mit 20 bezeichnet.
Um diese Achse 20 kann das Operations-Mikroskop 9 mit
seinem Schwenkträger 5 gedreht werden, sofern
die dazugehörende und nicht dargestellte Bremse gelöst
ist. Die X-Verstelleinheit 6 dient der Balancierung des
Aufbaus um diese Achse 20.
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Unter „Schwenkträger” wird
im Sinne der Erfindung jener Bauteil bzw. jene Bauteilgruppe verstanden,
die mittelbar oder unmittelbar am Horizontalträgereinheit 4 des
Stativs montiert ist (1), und über die – grundsätzlich
horizontale – Drehachse A einen Mikroskophalter 13 aufnimmt,
in dem der Optikträger 9 gehalten ist.
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In 3 ist
die erfindungsgemäße Anordnung nach 2 in
Vorderansicht schematisch dargestellt. Hier ist symbolisch eine
vollständig ausbalancierte Stellung des Operations-Mikroskops
in einer vertikalen (normalen) Arbeitslage gezeigt.
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In
dieser Stellung befindet sich der gemeinsame Schwerpunkt G des Optikträgers 9 (mit
den jeweiligen Zubehören) und der Y- und Z-Verstelleinheiten 7 und 8 in
der Achse A. Diese vollständig ausbalancierte Konfiguration
des Systems ist das Hauptziel der Anwendung der erfindungsgemäßen
Balanciervorrichtung B (zweite Aufgabe) mit der neuen Schlittenanordnung.
Neu und erfinderisch gegenüber dem Stand der Technik ist
insbesondere die Tatsache, dass durch die erfindungsgemässe
Anordnung des Schlittens S1 (Y-Verstellung) an der Achse A neben dem
Schwenkträger 5 und die Anordnung des Schlittens
S2 (Z-Verstellung) am Mikroskophalter 13 angeordnet ist.
Daraus ergibt sich folgender Effekt: Das Gewicht des Schlittens 32 wirkt
nun neu als Gewicht, das über die Achse A in Y-Richtung
mitbalanciert wird. Es wirkt somit wie ein Ausgleichsgewicht, wie man
am besten in 1 nachvollziehen kann. Durch diese überraschend
einfache Maßnahme (Vertauschung der Schlitten für
Y und Z-Richtung hinsichtlich des bekannten Aufbaus MC1) wird der
Einsatz eines Zusatzgewichts hinfällig. Tatsächlich
liegt das Gewicht des Z-Schlittens etwa im Bereich von 3,5 kg, womit
der Schlitten an sich praktisch genau das Zusatzgewicht ersetzt.
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Da
der Z-Schlitten etwa dem Gewicht des Y-Schlittens entspricht, ist
die Genialität dieser Erfindung besonders hoch, denn es
wird nicht nur ein Ersatz für das Ausgleichsgewicht gefunden
sondern außerdem wird das Gesamtgewicht des Operations-Mikroskops
zusammen mit den Kreuzschlitten S1 und S2 gleich gehalten, obwohl
sich nun ein deutlich verbessertes Balancierverhalten (geringeres
Gewicht) bei gleicher Y-Z Verstellbarkeit ergibt. Verstärkt wird
der Überraschungseffekt dadurch, dass das Zusatzgewicht
bei MC1 durch die Fachwelt über mehr als 10 Jahre als einzige
Möglichkeit praktikabler Balancierung angesehen wurde.
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Bei
Betrieb des Operations-Mikroskops gewährleistet die Erfindung
somit die drei zur Balancierung des Systems nötigen Verstellungen,
damit der Optikträger 9 zusammen mit den Zusatzeinheiten
jederzeit positioniert bzw. balanciert werden kann, und die nötigen
Bewegungen in drei Hauptrichtungen vollzogen werden können.
Unter den drei Hauptrichtungen X, Y und Z sind (gemäß 3)
unter der X-Richtung in etwa eine dem Betrachter nach links und
rechts, unter der Y-Richtung eine nach vorn und hinten und unter
der Z-Richtung eine nach oben und unten gerichtete Bewegungsrichtung
zu verstehen. Natürlich kann durch die linearen Verstellungen,
gekoppelt mit einer 360°-Drehbarkeit des Optikträgers 9 um
die Achse A und um die Achse 20 jede erdenkliche Bewegung
bzw. Drehstellung im Raum mittels dem Handgriff 11 z. B.
manuell ausgeführt werden.
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Die
jeweilige Lage des Optikträgers 9 ist in Bezug
auf einen Patienten bzw. das Operationsfeld einzustellen. Vor allem
bei HNO-Operationen sind hier oft Lageänderungen erforderlich; öfter
als bei Hirnoperationen jedenfalls. Unabhängig davon, wie die
jeweilige Schwenklage des Operations-Mikroskops im Raum ist, muss
das Balanceverhalten optimal sein. Durch die Erfindung wird dies
sichergestellt. Gleichzeitig wird durch die Lösung der
ersten Aufgabe aber nicht nur das Balanceverhalten sondern auch ausdrücklich
der Vorgang zur Balancierung erleichtert.
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Durch
die erfindungsgemäße Balanciervorrichtung B, insbesondere
die vorgeschlagene Kreuzschlitten 12 – können
die Schlitten S1 und S2 insgesamt kleiner und leichter bauen. Während
des Balanciervorganges entsteht die Gewichtsverlagerungs-Funktion
durch den Anbau des Schlittens S2, der für die vertikale
Z-Verstellung des Optikträgers 9 zuständig
ist, direkt an dem Mikroskophalter 13. Das Gewicht, dass
der Schlitten 82 zu tragen hat, setzt sich eben jetzt nur
mehr aus dem Gewicht des Operations-Mikroskops bzw. des Optikträgers 9 und
des Mikroskophalters 13 zusammen. Ein Einsatz 15 des für
die horizontale Y-Verstellung zuständigen Schlittens S1
ist mit dem Führungselement 16 des Schlittens 82 fest
verbunden und wirkt auch gewichtsverlagernd, weil am in Z-Richtung
verstellbaren Einsatz 17 des Schlittens 82 der
Mikroskophalter 13 befestigt ist, welcher den Optikträger 9 – bei
Bedarf lösbar – aufnimmt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Balanciervorrichtung B hat
die vorgeschlagene Konstruktion und Anordnung des Kreuzschlittens 12 den
Vorteil, dass das Operations-Mikroskop so fein eingestellt, bzw. ausbalanciert
werden kann, dass der Schwerpunkt G des Operations-Mikroskops unabhängig
von seinem Aufbau und Zusatzgeräten, sowie unabhängig
von seiner jeweiligen Schwenklage nach vollständiger Balancierung
immer in der Drehachse A und in der Drehachse 20 liegt.
So kann die Verschwenkbewegung bei diesem System regelmäßig
einfacher (ohne Manipulation mit Zusatzgewichten) und leichter (wegen
dem geringeren Gesamtgewicht und den dadurch gerin geren Reibungskräften
und Widerstandsmomenten) und mit höherer Arbeitsqualität
durchgeführt werden, als beim zitierten Stand der Technik.
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Nach
bisherigen Erfahrungen bietet die vorliegende Erfindung ein verbessertes
Operations-Mikroskop, welches sich in seinem ausbalancierten Zustand
leichtgängig und bei Bedarf einhändig bewegen
und balancieren lässt. Es, kann gleichzeitig aber auch
durch die elektrische Balancierverstellung störungsfrei,
exakt und schnell verstellt werden, sobald Zusatzgeräte
am Operations-Mikroskop montiert oder demontiert werden. Somit kann
die Vorbereitungsphase für die Benutzung des Operations-Mikroskops
bedeutend verkürzt werden. Außerdem kann bei bedarf
auch während einer Operation rasch umgerüstet
und wieder balanciert werden. Ein Drape behindert den Verstellvorgang
nun nicht mehr und kann sich der Chirurg auch während des
Balancierens auf das Operations-Mikroskop bzw. auf das Operationsfeld
konzentrieren.
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Auch
eine Mehrfachschlitten-Ausführung der Erfindung ist – im
Sinne der
3 der zitierten
DE 10133018 A1 – denkbar,
wobei dann auch die X-Verstelleinheit
6 beim unteren Ende
des Schwenkträgers
5 in Kombination, mit den Y-
und Z-Verstelleinheiten
7,
8 der Balanciervorrichtung
B angeordnet wäre. Entscheidend für die Erfindung
wäre jedoch auch hier im Unterschied zu dem Bekannten,
dass mindestens die Z-Verstelleinheit (S2) und/oder die X-Verstelleinheit
als Ausgleichsgewicht am Mikroskophalter
13 um die Achse
A fungiert. Dadurch ist die erfindungsgemässe kompaktere
Bauweise ohne Zusatzgewicht erreichbar. Gegebenenfalls kann der
vertikal verstellbare Einsatz
17 des zweiten Z-Schlittens
S2 und der Optikträger
9 auch einstückig
ausgebildet sein. Auch der horizontal verstellbare Einsatz
15 des
ersten Y-Schlittens S1 könnte mit dem vertikalen Führungselement
16 des
zweiten Z-Schlittens S2 aus einem einzigen Stück hergestellt
werden. Durch diese Maßnahmen würde die Konstruktion
weiter integriert.
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In
den symbolischen Darstellungen der Erfindung sind Drehknöpfe 18 und 19 für
die Bedienung der Schlitten S1 bzw. S2 angegeben. Anstelle dieser können
hinsichtlich der Lösung der ersten Aufgabe auch elektrische
Antriebe vorgesehen sein. Solche elektrischen Antriebe können
allerdings auch zusätzlich zu den dargestellten Drehknöpfen 18, 19 (Balancierschrauben)
vorgesehen sein.
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Die 4 bis 8 beschäftigen
sich mehr mit dem Lösungs-Aufbau gemäss der ersten
Aufgabe. In 4 sieht man den Kreuzschlitten
(S1 und S2) in Seitensicht mit zwei Elektromotoren M1 und M2. Wegen
integrierterer Bauweise sind die Motore M1 bzw. M2 ins Innere des
jeweiligen Schlittens S1 bzw. S2 gelegt. Mittels Umlenkgetriebe 21 wird
die Motorkraft elegant auf die Verstellspindel der Schlitten S1
bzw. S2 gelegt. Am Schlitten S2 ist ausserdem, wie nicht sichtbar,
eine Platine 22 mit der nötigen Elektronik für
die Motore M1 und M2 sowie für den Sensor BS montiert.
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5 zeigt
die Platine mit eingebautem bzw. angebautem Sensor BS. Der Sensor
BS sitzt auf einer abgewinkelten Halteplatte der Platine. Diese
Halteplatte wird in die Halteplatte bzw. Einsatz 17 des Schlittens
S2 integriert, wie man aus 6 ersehen kann.
Sie zeigt einen Teil des Schlittens S2 mit angebauter Platine 22,
so dass der Sensor BS integriert und dadurch geometrisch gut dem
Schlitten S2 zugeordnet ist. Außerdem ist der Sensor bei
dieser Ausbildung gut geschützt gegen mechanische Belastungen.
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7 zeigt
denselben Teil gemäss 6 allerdings
in verschwenkter senkrechter Position. So wird verständlich,
dass der statische Beschleunigungssensor problemlos zwischen den
beiden Positionen Waagrecht und Senkrecht diskriminieren kann und
demzufolge die jeweils zuständigen Motore M1 oder M2 ansteuern
kann. Die Bedienperson (Chirurg) muss nun nur mehr die Richtung
und Dauer der Verstellbewegung (Balancierbewegung) angeben. Dazu genügt
ihm der einzige Vor-Rück-Schalter VRS.
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8 zeigt
das erfindungsgemässe Schaltschema mit dem Vor-Rück-Schalter
VRS und einem elektronischen Umschalter 23 für
die diskriminierte Ansteuerung der Motore M1 bzw. M2.
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Die
Erfindung ist selbstverständlich auf die dargestellten
und beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt.
Auch weitere Ausführungsformen und Kombinationen sind denkbar
aufgrund der Offenbarung innerhalb des beanspruchten Schutzumfanges.
So könnte beispielsweise an einem der Zahnräder
des Umlenkgetriebes ein handbetätigbarer Balancierdrehknopf
montiert sein, so dass auch bei Stromausfall eine Balancierung möglich
ist.
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Die
nachstehende Bezugszeichenliste ist – so wie die Anspruchsfassung – ein
Bestandteil der Offenbarung.
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Schliesslich
sei noch angemerkt, dass in der Umgangsprache des Fachmanns bzw.
Chirurgen der Y-Z Schlitten oftmals als A–B Schlitten bezeichnet wird.
Der X-Schlitten wird dann häufig als C-Schlitten bezeichnet.
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Es
wird weiters auf die am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldungen
L227DEP2972 und L228DEP2973 verwiesen und Bezug genommen, deren
Offenbarung – insbesondere für Kombinationen der
technischen Lehren als hierin geoffenbart gelten.
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- 1
- Stativfuß
- 2
- Vertikalträger
- 3
- Griff
- 4
- Horizontalträgereinheit
- 5
- Schwenkträger
- 6
- X-Verstelleinheit
- 7
- Y-Verstelleinheit
- 8
- Z-Verstelleinheit
- 9
- Optikträger
- 10
- Okular
- 11
- Handgriff
- 12
- Kreuzschlitten
- 13
- Mikroskophalter
- 14
- Führungselement
- 15
- Einsatz
- 16
- Führungselement
- 17
- Einsatz
- 18
- Knopf
- 19
- Knopf
- 20
- vertikale
schräge Achse
- 21
- Umlenkgetriebe
- 22
- Platine
der Elektronik für die Motore M1, M2
- 23
- Elektronischer
Umschalter für die beiden Motore M1, M2
- A
- Drehachse
(A-Achse)
- B
- Balanciervorrichtung
- BS
- Diskriminierungssensor
- DS
- Diskriminierungs-Schalter
- G
- gemeinsamer
Schwerpunkt
- M1
- Motor
- M2
- Motor
- VRS
- Vor-Zurück-Schalter
- X
- X-Richtung
- Y
- Y-Richtung
- Z
- Z-Richtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10133018
A1 [0004, 0005, 0006, 0006, 0028, 0040, 0043, 0057]
- - EP 0476551 A1 [0013]