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Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument mit einer energiebetriebenen Arbeitsvorrichtung, einem Energiespeicher sowie einer Steuervorrichtung zum bedarfsweisen Betreiben der Arbeitsvorrichtung und deren Versorgung mit Energie aus dem Energiespeicher.
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Solche Instrumente sind mit elektrisch oder pneumatisch betriebener Arbeitsvorrichtung bekannt. Als Energiespeicher dienen Akkumulatoren oder Batterien bzw. Gaskartuschen.
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Die Energiekapazität ist bei solchen Instrumenten notwendigerweise beschränkt, mit dem Risiko, dass beim Erschöpfen der Ladekapazität Arbeitsvorgänge nicht mehr beendet werden können.
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Dies ist insbesondere bei Eingriffen, die das zentrale Nervensystem betreffen, problematisch, wenn die Instrumente eingesetzt werden, um mit hohem Krafteinsatz z. B. Knochen oder Gewebematerial am Patienten zu entnehmen, beispielsweise mit so genannten Knochenstanzen.
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Bei Knochenstanzen treten beim Abtragen von Knochenmaterial Kräfte von ca. 700 bis ca. 750 N auf. Versagt die Energiezufuhr, während eine Stanzenschneide von einer Arbeitslage in eine Endlage überführt wird, in der der Arbeitsvorgang zu Ende geführt wird, bleibt sie am Knochen stehen und kann sich verklemmen. Für den Chirurgen besteht dann das Problem, dass die sich Knochenstanze nicht vom Patienten lösen und durch ein anderes, einsatzbereites Instrument ersetzen lässt.
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Andere Einsatzgebiete betreffen Clip-Applikatoren für z. B. Gefäßclips, Anastomosenclips sowie Aneurysmenclips. Ferner betreffen die Einsatzgebiete so genannte Rongeure oder auch andere Schneidinstrumente, die ähnlich wie die vorgenannten Stanzen Köpergewebe oder Knochenmaterial sicher entfernen müssen.
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Wichtig bei all diesen Einsatzgebieten ist, dass ein Arbeitzyklus so durchlaufen wird, dass das Instrument danach wieder in einer definierten Anfangsstellung oder Ruhelage vorliegt.
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Andererseits ist bei den chirurgischen Instrumenten der vorliegenden Erfindung von Bedeutung, dass unter ergonomischen Gesichtspunkten Größe und Gewicht des Instruments ausgewogen sind. Der Raum für die Aufnahme des Energiespeichers ist dadurch stark beschränkt. Eine großzügige Dimensionierung des Energiespeichers unter Sicherheitsaspekten ist schon allein deshalb nicht realisierbar. Eine permanente Verbindung zu einer externen Energiequelle ist unter ergonomischen Gesichtspunkten ebenfalls nicht wünschenswert.
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Operationen verlangen jedoch vielfach einen Energievorrat, der von einem einzelnen Energiespeicher ein zu großes Volumen und Gewicht erfordern würde. Die Situation, dass der Energiespeicher während einer Operation ein- oder mehrfach erschöpft ist, ist also in vielen Fällen absehbar. In einem solchen Fall ist aus den vorgenannten Gründen Sorge zu tragen, dass das Instrument bei einem erschöpften Energiespeicher nicht in einem undefinierten Betriebszustand verharrt, da dies mit einem Risiko für den zu behandelnden Patienten verbunden ist und zudem die Arbeit des Chirurgen hemmt.
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Im Stand der Technik wurde bislang vorgeschlagen, soweit möglich den Energiespeicher so zu dimensionieren, dass alle Arbeitsvorgänge mit der zur Verfügung stehenden Ladekapazität vollständig beendet werden können. Dies kann bei so genannten Clipapplikatoren noch relativ einfach dadurch geschehen, dass die Kapazität des Clipmagazins reduziert wird, so dass alle Clips des Magazins appliziert werden können, bevor der Energiespeicher erschöpft ist.
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Bei Instrumenten, bei denen sich der Energiebedarf pro Arbeitsschritt nicht so einfach und präzise vorherbestimmen lässt, wurde in der
EP 1 884 205 A2 vorgeschlagen, zur Überwachung des Energievorrats einen Zähler einzusetzen und das Instrument außer Funktion zu setzen, wenn aus der Anzahl der Arbeitsvorgänge wahrscheinlich ist, dass der Energiespeicher nahezu erschöpft ist.
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Bei dieser Vorgehensweise ist ein risikoloser Betrieb nur dann zu realisieren, wenn die Zahl der zugelassenen Arbeitsvorgänge so gewählt wird, dass das Instrument erheblich vor dem Erreichen der Erschöpfung des Energiespeichers außer Funktion gesetzt wird.
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Eine ähnliche Maßnahme wird auch in der
US 6,619,529 B1 für einen chirurgischen Clipapplikator vorgeschlagen, bei dem ebenfalls ein Zähler die Arbeitsvorgänge erfasst und das Instrument nach einer vorgegebenen Anzahl an Arbeitsvorgängen, d. h. applizierten Clips, außer Funktion genommen wird.
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Insbesondere für energetisch komplexere Instrumente sind diese Konzepte unbefriedigend, da aufgrund des unterschiedlichen Energiebedarfs pro Arbeitsvorgang der Energievorrat des Energiespeichers nur sehr unvollkommen genutzt werden kann oder im anderen Fall das Risiko weiterhin gegeben ist, dass das Instrument während der Durchführung eines Arbeitsvorgangs nicht mehr mit der notwendigen Energie versorgt werden kann, mit den oben beschriebenen Konsequenzen.
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Aufgabe der vorliegend Erfindung ist es, ein chirurgisches Instrument der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, dass insbesondere auch bei unterschiedlichem Energiebedarf der einzelnen Arbeitsvorgänge eine optimale Nutzung der Kapazität des Energiespeichers ohne Risiko für den Chirurgen oder den Patienten gelingt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Instrument gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Aufgrund der erfindungsgemäß verwendeten Steuervorrichtung kann individuell je nach Energiebedarf der einzelnen Arbeitsvorgänge die Kapazität des Energiespeichers genutzt werden, und wenn ein vorgegebener Restladezustand erreicht und/oder erstmalig unterschritten wird, wird die Restladung des Energiespeichers für eine Rückführung des Werkzeugs in eine Ruhelage bereitgestellt.
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Auf diese Weise lässt sich bei Clipapplikatoren, beispielsweise Applikatoren für Gefäßclips, Anastomosenclips, Aneurysmenclips etc., eine bessere Ausnutzung der gespeicherten Energie des Energiespeichers realisieren.
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Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung des erfindungsgemäßen Instruments eine Überwachungseinheit, die den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers erfasst und die beim Erreichen und/oder erstmaligen Unterschreiten des vorgegebenen Restladezustandes eine erneute Aktivierung des Werkzeugs blockiert.
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Der vorgegebene Restladezustand wird bevorzugt so gewählt, dass ein zuletzt noch eingeleiteter Arbeitsvorgang sicher zu Ende geführt werden kann. Der Arbeitszyklus muss also nicht vorzeitig abgebrochen werden um das Werkzeug der Arbeitsvorrichtung noch in eine Endlage und zurück überführen zu können.
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Bedingt die Betriebsweise der Arbeitsvorrichtung eine energieaufwändige Überführung des Werkzeugs von einer Ruhelage in eine Endlage und zurück, bleibt für die Rückführung des Werkzeugs der Arbeitsvorrichtung in die Ruhelage selbst dann noch ein ausreichender Energievorrat. Für eventuell noch nicht abgeschlossene Arbeiten des Chirurgen kann das Instrument ausgetauscht oder mit einem geladenen Energiespeicher versehen werden.
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Dies ist insbesondere bei Schneid- und Stanzinstrumenten, wie z. B. bei Rongeuren, Knochenstanzen etc., der Fall. Auch hier wird gegenüber einer fest vorgegebenen Zahl der Arbeitsvorgänge eine bessere Ausnutzung des Energievorrats des Energiespeichers erzielt.
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Hier kann es auch von Vorteil sein, wenn der vorgegebene Restladungszustand einstellbar ist. So kann die Ausnutzung des Energievorrats noch genauer auf den Energieverbrauch der jeweils durchzuführenden Arbeitsschritte abgestimmt werden.
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Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Instrument eine Anzeigeeinheit insbesondere als Teil der Steuervorrichtung auf, die den Ladezustand des Energiespeichers anzeigt. Diese kann eine Anzeigefunktion umfassen, die kenntlich macht, dass der vorgegebene Restladezustand erreicht und/oder erstmalig unterschritten ist, so dass der Chirurg nicht nur die mangelnde Funktion oder die Blockierung der Arbeitsvorrichtung erkennt, sondern ihm zusätzlich die Information über den Grund der Blockierung angezeigt wird.
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Der Energiespeicher wird dann ausgetauscht oder wieder voll aufgeladen. Nach einem Austausch oder einem Aufladen des Energiespeichers wird die Anzeigeeinheit wieder auf den normalen Betriebszustand zurückgesetzt.
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Diese Anzeigefunktion kann optisch und/oder tastbar ausgestaltet sein.
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Bei bevorzugten Instrumenten kann die Anzeigeeinheit den jeweils aktuellen Ladezustand kenntlich machen, so dass während des Arbeitens mit dem Instrument der Ladezustand verfolgt und z. B. die bevorstehende Blockierung der Arbeitsvorrichtung im Vorhinein erkannt werden kann. Gegebenenfalls wird dann das Erreichen und/oder erstmalige Unterschreiten des vorgegebenen Restladezustands zusätzlich mit einem weiteren Anzeigeelement angezeigt.
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Häufig weisen die erfindungsgemäßen Instrumente einen Handgriff auf, der in vielen Fällen vorteilhaft für die Aufnahme des Energiespeichers eingesetzt werden kann.
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Vorzugsweise wird der Energiespeicher austauschbar mit dem Instrument verbunden, so dass beim Erreichen und/oder Unterschreiten des vorgegebenen Restladezustands der verbrauchte Energiespeicher gegen einen frischen ausgetauscht werden kann.
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Vorzugsweise ist der Energiespeicher ein aufladbarer und gegebenenfalls austauschbarer Energiespeicher.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das Instrument als Ganzes mitsamt dem Energiespeicher von einer Ladestation zum Aufladen des Energiespeichers aufgenommen wird.
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Werden Gaskartuschen als Energiespeicher eingesetzt, kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinheit ein pneumatisch betätigbares Ventil umfasst, welches eine Aktivierung der Arbeitsvorrichtung und gegebenenfalls eine Überführung der Arbeitsvorrichtung von der Ruhelage in die Arbeitslage oder Endlage zulässt, solange der Ladezustand der Gaskartusche über dem vorgegebenen Restladezustand liegt. Im Falle des Erreichens und/oder des erstmaligen Unterschreitens des Restladezustands bleibt die Funktion für die Überführung der Arbeitsvorrichtung von der Arbeitslage oder Endlage in die Ruhelage verfügbar, wobei hierfür die Restenergie des Energiespeichers genutzt wird.
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Bei einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Energiespeicher des Instruments ein erstes und ein zweites Speicherelement umfasst, wobei die Überwachungsvorrichtung beim Erreichen und/oder erstmaligen Unterschreiten des vorgegebenen Restladezustands des ersten Speicherelements zur Rückführung der Arbeitsvorrichtung aus der Arbeits- oder Endlage in die Ruhelage das zweite Speicherelement verfügbar macht.
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Hierfür reicht ein kleines zweites Speicherelement aus, da nur noch für den letzten Teilschritt eines Arbeitsvorgangs Energie vorgehalten zu werden braucht. Der Hauptspeicher in Form des ersten Speicherelements liefert dann die Energie für alle vorangehenden Arbeitsvorgänge. Als kleines zweites Speicherelement kann auch eine beim Arbeitsvorgang komprimierte Feder dienen.
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Im Falle der Knochenstanze reicht dann die Überwachung des Ladezustandes des ersten Speicherelements aus, da sicher davon ausgegangen werden kann, dass nach dem letzten möglichen Arbeitsvorgang für eine Rücküberführung der Arbeitsvorrichtung in die Ruhelage noch eine ausreichende Energiemenge im anderen Speicherelement zur Verfügung steht.
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Alternativ kann bei einem bevorzugten Instrument ein gleich großes oder größeres zweites Speicherelement vorgesehen sein, so dass das erste Speicherelement für die Überführung der Arbeitsvorrichtung aus der Ruhelage in die Arbeits- und Endlage und das zweite Speicherelement für die Überführung der Arbeitsvorrichtung zurück in die Ruhelage dient. Dies bietet sich insbesondere auch für die Energieversorgung von Knochenstanzen an, da der Energiebedarf für das Überführen der Arbeitsvorrichtung in die Arbeits- und Endlage mehr Energie erfordert als die Rückführung aus der Endlage in die Ruhelage.
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Bevorzugt weist das zweite Speicherelement einen Energieinhalt auf, der größer ist als ca. 105%, insbesondere ca. 110% der Energie, die maximal für die notwendige Zahl an Rückführungen notwendig ist.
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Typischerweise wird für den Vorschub des Werkzeugs in die Arbeits- und/oder Endlage ein größer dimensionierter Pneumatikzylinder vorgesehen als für die Rückführung des Werkzeugs in die Ruhelage.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind beide Speicherelemente zu einer Einheit verbunden, so dass zwangsweise immer beide Speicherelemente zusammen getauscht werden müssen. Gleichzeitig ist der Austausch mit einem einzigen Vorgang zu erledigen.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines energiebetriebenen chirurgischen Instruments gemäß Anspruch 12.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 13 bis 16.
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Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1 ein erfindungsgemäßes Instrument in Form eines pneumatisch betriebenen Clipapplikators;
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2 ein Prinzipschaltbild einer ersten Steuerung eines erfindungsgemäßen Instruments gemäß 1;
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3 ein erfindungsgemäßes Instrument in Form einer pneumatischen Knochenstanze;
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4 ein Prinzipschaltbild einer Steuerung für das erfindungsgemäße Instrument gemäß 3;
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5 eine Prinzipschaltbild einer alternativen Steuerung für das erfindungsgemäße Instrument der 3; und
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6A und 6B zwei Varianten einer Anzeigeeinheit für ein erfindungsgemäßes Instrument.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Instrument in Form eines pneumatisch betriebenen Clipapplikators 10 mit einer als Applikator ausgebildeten Arbeitsvorrichtung 12 (nur partiell gezeigt), einem Handgriff 14 sowie einem Energiespeicher in Form einer Gaskartusche 16.
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Der Clipapplikator 10 umfasst einen in seinem Handgriff 14 angeordneten Druckgasantrieb (nicht gezeigt), der den Applikatormechnismus betätigt. Der Clipapplikator 10 wird über einen Taster 18 gesteuert, der aus dem vorzugsweise pistolenähnlich geformten Handgriff 14 hervorsteht.
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Am unteren Ende des Handgriffs 14 ragt ein Anschlussflansch 20 hervor, der mit der Gaskartusche 16 lösbar verbindbar ist. Zur Verbindung mit dem Handgriff 14 weist die Gaskartusche 16 einen Anschlussstutzen 22 auf, mit dem die Gaskartusche 16 mit dem Anschlussflansch 20 des Handgriffs gasdicht verbindbar ist.
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Bezüglich der Einzelheiten der gasdichten Verbindung zwischen Handgriff
14 und Gaskartusche
16 darf auf die
DE 203 18 275 U1 verwiesen werden, auf deren Inhalt diesbezüglich vollumfänglich Bezug genommen wird.
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Der erfindungsgemäße Clipapplikator 10 zeichnet sich durch eine Steuervorrichtung 24 aus, wie sie beispielhaft aus dem Schaltbild der 2 ersichtlich ist.
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Die Steuervorrichtung 24 ist über eine Adaptionsschnittstelle 26 (Anschlußflansch 20 und Anschlußstutzen 22) mit der Gaskartusche 16 verbunden, die beispielsweise einen mit CO2 gefüllten Tank unter einem Druck von ca. 60 bar aufweist.
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Eine von der Adaptionsschnittstelle 26 zur Steuervorrichtung 24 führende Versorgungsleitung 28 ist über eine Verzweigung 29 mit einer Überwachungseinheit 30 verbunden, die bei einem für die Betätigung des Clipapplikators 10 ausreichenden Gasdruck in der Versorgungsleitung 28 mittels eines Schaltelements 32 eine Verbindung zur Betriebsdruckleitung 34 des Applikators 10 herstellt.
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Das Schaltelement 32 ist in 2 in einer ersten Arbeitsposition gezeigt, in der der Gasdruck, der über die Verzweigung 29 wirkt, ausreichend ist, um die einstellbare Druckkraft einer Feder 36 zu neutralisieren. Fällt der Gasdruck in der Versorgungsleitung 28 auf oder erstmalig unter einen vorgegebenen Schwelldruck, der einem Restladezustand der Gaskartusche 16 entspricht, so wird das Schaltelement 32 aus seiner in 2 gezeigten Position durch die Feder 36 in eine zweite Position verschoben, in der die Verbindung der Betriebsdruckleitung 34 zur Versorgungsleitung 28 unterbrochen ist. Gleichzeitig wird Versorgungsleitung 28 mit einer Entlüftungsöffnung 35 des Schaltelements 32 verbunden und die Kartusche 16 drucklos gemacht. Hiermit wird eine Blockierung der Aktivierung des Instruments erzielt.
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Der Schwellwert des Restladezustands wird beispielsweise mittels der vorspannbaren Feder 36 so eingestellt, dass bis zum Erreichen dieses Drucks und auch beim erstmaligen Unterschreiten desselben eine sichere Funktion des Clipapplikators 10 gegeben ist, d. h. auch für den zuletzt noch applizierten Clip ein ausreichender Schließdruck aufgebracht werden kann.
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Die Rückstellung des Applikators 10 kann, da hierfür keine besonders hohen Kräfte erforderlich sind, beispielsweise durch eine beim Applikationsvorgang vorgespannte Feder der Arbeitsvorrichtung 12 erreicht werden. Diese Feder übernimmt dann die Funktion eines zweiten Energiespeicherelements.
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Bevorzugt wird der Zustand des Erreichens oder Unterschreitens des vorgegebenen Restladezustands mittels einer Anzeigeeinheit 40 für den Benutzer erkennbar gemacht, die sehr unterschiedlich ausgebildet sein kann.
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In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist die Überwachungseinheit 30 mit einer weiteren Schaltfunktion ausgestattet, die einen Teil der Anzeigeeinheit 40 bildet. Die Anzeigeeinheit 40 ist über eine Steuerleitung 42 mit der Versorgungsleitung 28 des Energiespeichers 16 verbunden.
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Die Anzeigeeinheit 40 weist ein Anzeigeelement 44 mit einem pneumatisch ausfahrbaren Warnanzeige-Stößel 46 auf. Sinkt der in der Versorgungsleitung 28 anstehende Druck auf den des Restladezustands der Gaskartusche 16 ab, wird der Stößel 46 aus seiner Ruheposition 48 in eine Anzeigeposition 50 (unterbrochen dargestellte Position) bewegt, in der er über die Oberfläche 52 des Handgriffs 14 hervorsteht, wie im Folgenden erläutert wird. Damit wird ein sensorisch (haptisch) bestens wahrnehmbares Signal an den Benutzer des Instruments gegeben.
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Zunächst wird jedoch mit dem in der Steuerleitung 42 anstehenden Anfangsdruck des Energiespeichers 16 ein separater Druckspeicher 54 befüllt, der über ein Wechselventil 56 mit der Steuerleitung 42 verbunden ist. Sinkt der Druck in der Steuerleitung 42 ab und drückt die Feder 36 die Überwachungsvorrichtung 30 in ihre zweite Schaltstellung, so wird die Versorgungsleitung 28 und auch die Steuerleitung 42 entlüftet. Damit wird gleichzeitig der Energiespeicher 16 wie weiter oben beschrieben entlüftet. Eine zuvor über die Überwachungsvorrichtung 30 entlüftete Leitung 47 wird jetzt von der Überwachungsvorrichtung 30 verschlossen. Im drucklosen Zustand auf der Eingangsseite 58 schaltet das Wechselventil 56 den separaten Druckspeicher 54 auf eine Leitung 45, die das Wechselventil mit der Leitung 47 und dem Anzeigeelement 44 verbindet. Da die Leitung 47 blockiert ist, wird der Druck des separaten Druckspeichers 54 in der Anzeigeeinheit 44 wirksam und fördert den Anzeigestößel 46 aus der Ruheposition 48 in die ausgefahrene Anzeigeposition 50.
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Die Anzeige des Erreichens bzw. Unterschreitens des Schwellwerts für den Energiespeicher 16 erfolgt schlagartig und sehr gut wahrnehmbar.
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Alternativ (nicht gezeigt) lässt man den Druck des Energiespeichers gegen eine Feder wirken, die den Warnstößel in die Anzeigeposition drückt. Reicht der Arbeitsdruck aus, so bleibt der Warnstößel in der eingefahrenen, verborgenen Position; fällt der Druck unter den Schwellwert ab, dann wird die Druckkammer des Warnstößels entlüftet und die Feder drückt den Warnstößel momentan in die Anzeigeposition.
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Nach einer weiteren Alternative (nicht gezeigt) fährt der Warnstößel proportional zu dem abnehmenden Arbeitsdruck aus der Ruheposition in die Anzeigeposition.
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Gemäß einer weiteren Alternative (nicht gezeigt) wird der Warnstößel sukzessive aus der Anzeigeposition in die Ruheposition gedrückt, wenn der Druck des Energiespeichers abnimmt.
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3 zeigt ein mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnetes Instrument in Form einer Knochenstanze mit einer Arbeitsvorrichtung 72 und einem Handgriff 74. Der Handgriff 74 weist einen Anschlussstutzen 76 auf, mittels dessen ein Energiespeicher, insbesondere eine Gasdruckpatrone, mit der Knochenstanze 70 lösbar verbindbar ist.
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Die Knochenstanze lässt sich über einen Taster 78 betätigen. Ein über den Taster 78 eingeleiteter Arbeitsvorgang umfasst den Vorschub eines Stanzwerkzeugs aus einer Ruhelage in Richtung zu einem Gegenlager (Einzelheiten nicht gezeigt), zwischen denen das zu entfernende Gewebe oder Knochenmaterial angeordnet ist. Nachdem das Werkzeug seine Endlage erreicht und dabei das Gewebe oder Knochenmaterial durchtrennt hat, wird ein weiterer Arbeitsvorgang ausgelöst, in dem das Werkzeug aus der Endlage in seine Ruhelage zurückgefahren wird.
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Dieser Vorgang ist zum Teil energieaufwändig, da das Werkzeug in dem Gewebe oder Knochenmaterial feststecken kann. Damit ist es für die verlässliche Funktion der Knochenstanze wichtig, dass für diesen Arbeitvorgang ausreichend Energie zur Verfügung steht, da sonst die Gefahr besteht, dass sie mit Gewebe oder Knochenmaterial kraftschlüssig verbunden bleibt.
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4 zeigt eine erste Ausführungsform eines Schaltbilds für das erfindungsgemäße Instrument 70 der 3. Ein Tank 82, beispielsweise eine CO2-Kartusche mit einem Fülldruck von 60 bar, dient als Energiespeicher. Über eine Adaptionsschnittstelle 84 ist der Tank 82 mit dem Anschluss 76 des Handgriffs 74 lösbar verbunden.
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Die schematisch dargestellte Arbeitsvorrichtung 72 mit einem Stanzwerkzeug weist einen ersten Zylinder 86 auf, mit dem das Stanzwerkzeug aus der Ruhelage in eine Arbeitslage überführbar ist. Ein zweiter Zylinder 88 ermöglicht die Fortsetzung der Bewegung des Stanzwerkzeugs aus der Arbeitslage in eine Endlage, falls erforderlich unter erhöhtem Kraftaufwand. Eine Rückführung des Stanzwerkzeugs der Arbeitsvorrichtung 72 in die Ruhelage erfolgt mittels eines dritten Zylinders 89. Da bei der Rückführung in der Regel größere Kräfte benötigt werden, ist die wirksame Fläche des dritten Zylinders 89 größer als die des ersten Zylinders 86 gewählt.
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Über die Taste 78 wird ein erstes Steuerventil 90 betätigt, welches drei Schaltstellungen aufweist.
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In einer ersten Schaltstellung a (wie in 4 gezeigt) verbindet das Steuerventil 90 die optional über einen Regler 92 verbundene Energiequelle (Tank 82) mit einer Zuführleitung 94, die wiederum mit dem dritten Zylinder 89 verbunden ist. In diesem Zustand hält das Druckgas das Stanzwerkzeug in seiner Ruhelage.
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Eine Zuleitung 96 zum ersten Zylinder 86 der Arbeitvorrichtung 72 ist in diesem Zustand mit einer Entlüftungsöffnung 98 verbunden. Eine Zuleitung 100 zum zweiten Zylinder 88 ist ebenfalls mit der Entlüftungsöffnung 98 verbunden, so dass der Zylinderrücklauf beim Überführen des Stanzwerkzeugs in die Ruhelage ohne nennenswerten Gegendruck erfolgen kann.
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Wird der Taster 78 betätigt, erreicht das erste Steuerventil 90 zunächst eine zweite Schaltstellung b, in der das vom Regler 92 bezogene Druckgas über die Zuführleitung 96 in den ersten Zylinder 86 gelangt und das Stanzwerkzeug in Richtung der Arbeitslage bewegt. Gleichzeitig ist die Zuleitung 100 mit der Entlüftungsöffnung 98 verbunden und belüftet die Kammer des zweiten Zylinders 88. Die Zuleitung 94 ist ebenfalls mit der Entlüftungsöffnung 98 verbunden, so dass der Vorschub in Richtung Arbeitslage im Wesentlichen ohne Gegendruck erfolgen kann.
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Wird der Taster 78 ganz eingedrückt, rückt das erste Steuerventil 90 in seine dritte Schaltstellung c, in der auch die Zuführleitung 100 und damit der zweite Zylinder 88 mit Druckgas aus dem Tank 82 versorgt wird, damit der Stanzvorgang sicher zu Ende geführt werden kann. Das Stanzwerkzeug gelangt dabei aus der Arbeits- in die Endstellung. Hierbei wird Gewebe- oder Knochenmaterial abgetrennt.
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Danach lässt der Chirurg den Taster 78 los, und das erste Steuerventil 90 kehrt aufgrund der Federkraft der Feder 102 in die erste Schaltstellung a zurück. Der dritte Zylinder 89 wird über die Zuleitung 94 mit Druckgas beaufschlagt, während die Zuleitungen 96, 100 mit der Entlüftungsöffnung 98 verbunden sind. Die Rückführung des Stanzwerkzeugs der Arbeitsvorrichtung 72 erfolgt somit praktisch ohne Gegendruck.
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Die Zuleitungen 96 und 100 werden erfindungsgemäß nicht direkt von dem über den Regler 92 bezogenen Druckgas versorgt, sondern sind über ein in die Zuleitungen eingerücktes zweites Steuerventil 104 unterbrechbar. 4 zeigt das zweite Steuerventil 104 in seiner ersten Schaltstellung a, in der es die Zuleitungen 96, 100 freigibt. Das zweite Steuerventil 104 wird in seiner ersten Schaltstellung a gegen die Federkraft einer Feder 106 von der über eine Leitung 108 wirkenden Druckkraft des Gasvorrats im Tank 82 gehalten.
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Sinkt der Druck in dem Tank 82 unter einen vorgegebenen Schwellwert (Restladezustand) ab, so drückt die Feder 106 das zweite Steuerventil 104 in seine zweite Schaltstellung b, in der die vom ersten Steuerventil 90 kommenden Zuleitungen 96, 100 unterbrochen sind und in dem zweiten Steuerventil 104 blind enden, während ihre stanzwerkzeugseitigen Abschnitte miteinander kurzgeschlossen und entlüftet sind. Eine Versorgung des Stanzwerkzeugs mit Druckgas ist in dieser Schaltstellung b nicht mehr möglich, d. h. eine erneute Aktivierung des Werkzeugs der Arbeitsvorrichtung ist blockiert.
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Um dem Chirurgen von dem Betriebszustand des Instruments Kenntnis zu geben und um anzuzeigen, dass der Energiespender gewechselt werden muss, wird das Instrument vorzugsweise mit einer Anzeigeeinheit 110 für den Ladezustand des Energiespeichers ausgerüstet. Bevorzugt weist hierfür das zweite Steuerventil 104 eine zweite Funktion auf, deren zwei Schaltzustände a' und b' in der rechten Hälfte des zweiten Steuerventils 104 gezeigt sind.
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In der ersten Schaltstellung des zweiten Steuerventils 104a bzw. a', während der das Instrument wie üblich betätigt werden kann, wird über Druckgas des Tanks 82 ein kleiner Druckspeicher 108 für eine Anzeigevorrichtung 111 mittels einer Zuleitung 112 befüllt. Der Druckspeicher 108 ist dabei mit einem Wechselventil 114 mit der Zuleitung 112 verbunden. An einen weiteren Anschluss des Wechselventils 114 ist ein Stellzylinder 116 für ein Anzeigeelement 118 (z. B. in Form eines Stifts) der Anzeigevorrichtung 111 über eine Leitung 120 angeschlossen. Diese Leitung 120 ist während des regulären Betriebs des Instruments, d. h. solange der Druck im Tank 82 ausreicht, um das zweite Steuerventil 104 in seiner Schaltstellung a bzw. a' zu halten, über eine Leitung 122, die ebenfalls zu dem zweiten Steuerventil 104 führt, mit einer Entlüftungsöffnung verbunden und somit drucklos.
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Fällt der in dem Tank 82 herrschende Druck des Druckgases unter einen Schwellwert ab, so wird das zweite Steuerventil 104 mittels der Federkraft der Feder 106 in seine zweite Schaltstellung b bzw. b' überführt. In dieser Schaltstellung b' ist die Zuleitung 112 vom Regler 92 her unterbrochen. Gleichzeitig wird der Teil der Zuleitung 112, der zum Druckspeicher 108 führt, auf Seiten des zweiten Steuerventils 104 entlüftet. Die Leitung 122 ist am Steuerventil 104 blockiert. In dieser Situation schaltet das Wechselventil 114 um, so dass nunmehr der Druck des Druckspeichers 108 auf den Stellzylinder 116 der Anzeigevorrichtung 111 wirkt und das Anzeigeelement 118 aus seiner Ruhestellung in seine Anzeigeposition (strichpunktierte Position in 4) ausgefahren wird. Dem mit dem Instrument arbeitenden Chirurgen wird so sensorisch die Information über den blockierten Antrieb des Stanzwerkzeugs übermittelt, so dass er den Energiespeicher (Tank 82) austauschen kann.
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Das Stanzwerkzeug der Arbeitsvorrichtung 72 kann in diesem Zustand wie oben beschrieben immer noch sicher in seine Ausgangsposition gebracht werden, so dass das Instrument ohne Weiteres aus dem Operationsfeld entfernt werden kann.
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Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Instruments der 3 zeigt 5. Hier wird anstelle des einzelnen Tanks 82 ein Doppeltank 130 verwendet, dessen eine Kammer 132 für den Vorlauf des Stanzwerkzeugs der Arbeitsvorrichtung 72 und dessen andere Kammer 134 für den Rücklauf des Stanzwerkzeugs in die Ruhelage verwendet wird.
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Die Steuerungsfunktionen sind zum Teil ähnlich denen der Ausführungsform der 4, so dass für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Von der Funktion unterscheidet sich diese Steuerung der 5 von der vorher beschriebenen grundsätzlich darin, dass eine erneute Aktivierung des Werkzeugs der Arbeitsvorrichtung 72 nicht blockiert wird, wenn der Restladezustand des Energiespeichers auf oder unter einen vorgegebenen Schwellwert fällt, sondern es werden zwei getrennte Energiespeichermodule verwendet: ein Modul für die Arbeitsphase (Werkzeug wird aus der Ruhelage in die Arbeitslage und anschließend in die Endlage bewegt), das andere Modul während der Rückführung des Werkzeugs in die Ruhelage. Die beiden Energiespeichermodule können dabei durchaus vorteilhaft eine bauliche Einheit bilden.
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Da die Arbeitsphase typischerweise einen etwas größeren Energieaufwand erfordert als die Rückführung des Werkzeugs, beispielsweise ca. 10%, ist bei einer gleichen Dimensionierung der Speicherkapazität der Module die Sicherheit geschaffen, dass das Werkzeug nach jeder Arbeitsphase noch in die Ruhelage zurückgeführt werden kann. Selbst wenn der Energievorrat während einer Arbeitsphase zu Ende gehen sollte, ist die Gewähr gegeben, dass das Werkzeug wieder in die Ruhelage zurückgeführt werden kann. Lediglich der letzte Arbeitsschritt müsste nach dem Wechsel des Energiespeichers wiederholt werden.
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Im Einzelnen ist das eine Energiespeichermodul in Form der Druckkammer 132 über eine Adaptionsschnittstelle 136 mit dem Handgriff 74 des Instruments lösbar verbunden. Dies gilt auch für das andere Modul, die Druckkammer 134.
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Von den Druckkammern 132, 134 führen Zuleitungen 138 bzw. 139 zu einem Steuerventil 140, von dort führt eine Zuleitung 142 zu dem Druckregler 92, der mit einer Zuleitung 146 mit dem Steuerventil 140 verbunden und schließlich mittels der Zuleitungen 94, 96, 100 wahlweise mit den drei Zylindern 86, 88, 89 verbindbar ist.
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Im unbetätigten Zustand des Tasters 78 wird das Steuerventil 140 in der in 5 gezeigten Schaltstellung a mittels Federkraft der Feder 144 gehalten.
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In dieser Schaltstellung a ist die Zuleitung 138 durch das Steuerventil 140 blockiert, während die von der Druckkammer 134 kommende Zuleitung 139 zu der Zuleitung 142 durchgeschaltet ist. Da die Druckkammer 134 der Rückführung des Werkzeugs in die Ruhelage dient, ist in der Schaltstellung a die Leitung 146 mit der Zuleitung 94 verbunden und beaufschlagt den dritten Zylinder 89 mit Druckgas.
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Die Zuleitungen 96 und 100 des ersten und zweiten Zylinders 86, 88 sind über das Steuerventil 140 mit der Entlüftung 98 verbunden, so dass die Rückführung des Werkzeugs in die Ruhelage im Wesentlichen ohne Gegendruck erfolgen kann.
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Wird der Taster 78 betätigt und das Steuerventil in die Schaltstellung b überführt, so wird die Zuleitung 139 blockiert, während die Zuleitung der Druckkammer 132 über den Regler 92 mit der Zuleitung 96 und damit mit dem ersten Zylinder 86 verbunden wird. Das in den ersten Zylinder 96 eingespeiste Druckgas der Druckkammer 132 bewegt das Werkzeug der Arbeitsvorrichtung 72 aus der Ruhelage in eine Arbeitslage, während der dritte Zylinder 89 entlüftet und der zweite Zylinder 88 belüftet wird.
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Erst wenn der Taster 78 ganz eingedrückt wird, wird die Schaltstellung c des Steuerventils 140 aktiv. Hier bleibt der dritte Zylinder 89 entlüftet, während der zweite Zylinder 88 zusätzlich mit Druckgas beaufschlagt wird, so dass mit dem im ersten und zweiten Zylinder 86, 88 anstehenden Druck das Werkzeug der Arbeitsvorrichtung 72 in die Endlage bewegt und der Arbeitsschritt beendet werden kann. Beim Loslassen des Tasters 72 wird das Steuerventil 140 wieder in die Schaltstellung a mit Federkraft verfahren und die eingangs geschilderte Druckgasversorgung mit einer Rückführung des Werkzeugs in die Ruhelage setzt ein.
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Um den Chirurgen von dem Ladezustand des Energiespeichers zu informieren bzw. unterrichtet zu halten, kann vorgesehen sein, den Ladezustand der Druckkammer 132 über eine Anzeigeeinheit sichtbar und insbesondere auch fühlbar zu machen. Hierfür kann die in der 5 gezeigte Zuleitung 122 dienen, die von der Zuleitung 138 der Druckkammer 132 abzweigt.
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Ein Beispiel hierfür wurde bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 erläutert. Im Zusammenhang mit den 6A und 6B sollen weitere Beispiele für eine Anzeigeeinheit für erfindungsgemäße Instrumente beschrieben werden.
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Die 6A zeigt eine Anzeigeeinheit 150, die mit der von der Druckkammer 132 kommenden Zuleitung 122 verbunden ist. Der Druck der Druckkammer wirkt auf einen Zylinder 152, in dem ein Kolben 154 längsverschieblich gelagert ist.
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Der in der Zuleitung 122 bzw. in dem Zylinder 152 herrschende Gasdruck bewegt den Kolben 154 gegen die Kraft einer Feder 156 in der 6A nach rechts, so dass ein an dem Kolben 154 montiertes, beispielsweise stiftförmiges Anzeigeelement 160 proportional zu dem Gasdruck mit seinem freien Ende aus dem Gehäuse des Handgriffs 74 ausgefahren wird. Nimmt der Gasdruck ab, so drückt die Feder 156 das Anzeigeelement 160 sukzessive wieder in die zurückgezogene Ausgangsposition, in der das freie Ende des Stifts im Handgriff 74 aufgenommen ist. An der Position des ausgefahrenen Stifts lässt sich also der Ladezustand der Druckkammer 132 ablesen. Zur besseren Beurteilung des Ladezustands kann der Stift noch mit Markierungen (nicht gezeigt) versehen werden.
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6B zeigt eine alternative Ausführungsform einer Anzeigeeinheit 170, die ebenfalls mit der Zuleitung 122 verbunden ist. Die Anzeigeeinheit umfasst einen Zylinder 172, in dem ein mit einer Feder 174 belasteter Kolben 176 angeordnet ist. An dem Kolben 176 ist ein stiftförmiges Anzeigeelement 178 montiert, dessen freies Ende über die Oberfläche des Handgriffs 74 hinaus ausgefahren werden kann.
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Ist der Gasdruck in der Druckkammer hoch, so reicht die Druckkraft aus, um den Kolben gegen die Wirkung der Feder 174 in der 6B nach links zu drücken, so dass das freie Ende des Anzeigeelements 178 im Wesentlichen mit der Oberfläche des Handgriffs bündig ist. Proportional zu dem abnehmenden Gasdruck drückt die Feder 174 das Anzeigeelement aus seiner ersten Stellung heraus, und das freie Ende des Stifts steht umso mehr über die Oberfläche des Handgriffs 74 hinaus, je geringer der Druck in der Druckkammer 132 ist.
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Hier empfehlen sich wiederum Markierungen (nicht gezeigt) an dem Stift des Anzeigeelements, so dass erkennbar ist, wenn der Druck in der Druckkammer für das weitere Arbeiten mit dem Instrument unzureichend ist.
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Generell ist anzumerken, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele selbstverständlich vom Fachmann so umgesetzt werden können, dass anstelle der Gasdruckspeicher elektrische Energiespeicher treten. Der Fachmann ersetzt dann die beschriebenen pneumatischen Schaltungen durch entsprechende elektrische mit gleicher Funktion.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1884205 A2 [0011]
- US 6619529 B1 [0013]
- DE 20318275 U1 [0053]
