DE102010035407B4

DE102010035407B4 - Verbindungsvorrichtung zum verstellbaren Verbinden einer ärztlichen Einrichtung mit einer stationären Einrichtung

Info

Publication number: DE102010035407B4
Application number: DE102010035407A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Jürgen Brecht
Current assignee: TETRAMED GMBH, AT
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: DE102010035407A1

Abstract

Verbindungsvorrichtung zum verstellbaren Verbinden einer ärztlichen Einrichtung, vorzugsweise einer Kopfhalterung, mit einem Anbauteil einer stationären Einrichtung, vorzugsweise einem Operationstisch, wobei die ärztliche Einrichtung mit dem einen Ende, die stationäre Einrichtung mit dem anderen Ende der Verbindungsvorrichtung verbindbar ist und diese Verbindungsvorrichtung aus zumindest zwei über ein Kugelgelenk verbundenen Haltearmen (10a, 10b, 10c) besteht, indem der erste Haltearm (10a) eine Kugelgelenkaufnahme (110a), der zweite Haltearm (10b) einen dazu passenden Kugelgelenkkopf (12b) aufweist und wobei das Kugelgelenk in einer gewünschten Gelenkstellung durch eine lösbare Klemmeinrichtung arretierbar ist, die zumindest ein Vorspannelement aufweist, das eine Gelenkpfanne (21) gegen den Kugelgelenkkopf (12b) des zweiten Haltearmes (10b) anpresst, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement als Gasdruckfeder (17) ausgebildet ist, deren Gasdruck auf einen Steuerkolben (17b) einwirkt, der zum Lösen der Klemmeinrichtung von außen von einer Gegenkraft entgegen der vom Gasdruck erzeugten Kraft beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zum verstellbaren Verbinden einer ärztlichen Einrichtung, vorzugsweise einer Patienten-Kopfhalterung mit einem Anbauteil einer stationären Einrichtung, vorzugsweise einem Operationstisch, wobei die ärztliche Einrichtung mit dem einen Ende, die stationäre Einrichtung mit dem anderen Ende der Verbindungsvorrichtung verbindbar ist und die Verbindungsvorrichtung aus zumindest zwei über ein Kugelgelenk verbundenen Haltearmen besteht, indem der erste Haltearm eine Kugelgelenkaufnahme, der zweite Haltearm einen dazu passenden Kugelgelenkkopf aufweist und wobei das Kugelgelenk in einer gewünschten Gelenkstellung durch eine lösbare Klemmeinrichtung arretierbar ist, die zumindest ein Vorspannelement aufweist, das eine Gelenkpfanne gegen den Kugelgelenkkopf des zweiten Haltearmes presst.
Derartige Verbindungsvorrichtungen können dazu verwendet werden, Körperteile, insbesondere den Kopf eines Patienten oder ärztliche Hilfsmittel wie Endoskope, Haken oder dergleichen während eines chirurgischen Eingriffes in einer definierten Position zu halten. Damit die gewünschte Position des Hilfsmittels oder des Körperteiles erreicht und während der Anwendung exakt eingehalten wird, ist die Verbindungsvorrichtung in allen Raumrichtungen beweglich und nach Erreichen der gewünschten Position fixierbar.
Die vorliegende Erfindung geht aus von der DE 10 2007 035 922 A1 , auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird. Diese bekannte Verbindungsvorrichtung weist eine spezielle Klemmeinrichtung für das Kugelgelenk auf, die mit einer hydraulischen Übersetzung arbeitet und dadurch hohe Klemmkräfte erzeugt. Sie erlaubt eine sehr stabile und sichere Fixierung des Körperteiles, an welchem der chirurgische Eingriff vorgenommen werden soll. Dieser Fixierung kommt bei chirurgischen Operationen besondere Bedeutung zu, da ein Ausfall der Klemmung fatale Folgen haben kann, die zu ernsthaften Verletzungen des Patienten führen können.
Untersuchungen des Anmelders an der vorbekannten Verbindungsvorrichtung haben nun ergeben, dass die Wirksamkeit der Klemmeinrichtung nicht dauerhaft gewährleistet ist. Das exakte Einhalten der Position der ärztlichen Einrichtung, die von der Verbindungsvorrichtung getragen wird, ist dann nicht mehr gesichert.
Eine ähnliche Problematik liegt der DE 690 21 464 T2 zugrunde. Dort wird ein Kugelgelenk für einen Wundspreizer beschrieben. Zur Fixierung des Kugelgelenkes dient von außen eingeleitetes Druckgas, dessen Wirkung durch einen großflächigen Kolben verstärkt wird, um eine hohe Arretierungskraft auf den Kugelgelenkkopf auszuüben. Soll die Arretierung des Kugelgelenkes gelöst werden, wird die Zuführung von Druckgas unterbrochen, so dass das Kugelgelenk nicht mehr unter Druck steht und frei beweglich wird.
Des Weiteren ist es durch die US 2010/01 781 00 A1 bekannt geworden, ein Kugelgelenk für ähnliche chirurgische Einsätze mit einer integrierten Gaspatrone zu versehen, deren Gasdruck die gewünschte Arretierung des Kugelgelenkes bewirkt. Zum Lösen der Arretierung wird die Gaszufuhr zum Kugelgelenk unterbrochen und das Kugelgelenk drucklos geschaltet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Verbindungsvorrichtung hinsichtlich der Zuverlässigkeit ihrer Klemmeinrichtung zu verbessern. Des Weiteren soll sich die Verbindungsvorrichtung durch kompakten und kostengünstigen Aufbau auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die bisher als Vorspannelemente eingesetzten Schraubenfedern ihre Spannkraft bei relativ kleinen Längenänderungen der Feder stark verändern. Dies bedeutet, dass bei der Entspannung der Schraubenfeder die Spannkraft und somit die auf den Kugelgelenkkopf ausgeübte Klemmkraft deutlich nachlässt. Besonders gilt dies für die eingangs beschriebene Verbindungsvorrichtung, die mit einer hydraulischen Klemmkraft-Übersetzung arbeitet und dadurch relativ lange Federwege benötigt.
Erschwerend kommt bei dieser bekannten Klemmkraftübersetzung hinzu, dass nach längerem Einsatz ein Verlust an Hydraulikfluid in der Übersetzungseinrichtung auftreten kann, wodurch sich der Federweg nochmals erhöht und die Schraubenfeder schließlich nicht mehr in der Lage ist, die erforderliche Klemmkraft zu erzeugen.
Demgegenüber kann bei der erfindungsgemäß eingesetzten Gasdruckfeder mit einem hohen Gesamtgasvolumen gegenüber der dem Federweg entsprechenden Gasvolumenänderung gearbeitet werden, so dass die Druck- und damit die Klemmkraftänderung über den Federweg gering ist.
Zum Lösen der Klemmeinrichtung wirkt die Gasdruckfeder auf einen Steuerkolben ein, der von außen von einer Gegenkraft entgegen der von der Gasdruckfeder erzeugten Kraft beaufschlagbar ist. Diese Gegenkraft wird zweckmäßig hydraulisch oder pneumatisch erzeugt. Sie muss nicht unbedingt so groß sein, dass sie die von der Gasdruckfeder erzeugte Kraft überwiegt, denn je nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, die auf das Kugelgelenk ausgeübte Klemmkraft nur soweit zu reduzieren, dass eine manuelle Verstellung des Kugelgelenkes gegen geringe Reibungskräfte möglich ist.
Das Verhältnis zwischen Gasvolumenänderung und Gesamtgasvolumen beträgt zweckmäßigerweise zumindest 1:8, insbesondere zumindest 1:10. Die erfindungsgemäße Gasdruckfeder erlaubt es dadurch, über den gesamten Federweg eine nahezu konstante Federkraft zu gewährleisten.
Ein anderer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Federkraft in einfacher Weise durch Veränderung des Druckes im Gasraum der Feder eingestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße Gasdruckfeder ist daher besonders bei solchen Verbindungsvorrichtungen geeignet, die aufgrund ihrer Klemmkraftübersetzung lange Federwege benötigen. Dies gilt gleichermaßen für Klemmkraftübersetzungen auf mechanischem Weg, insbesondere etwa durch eine Zahnradübersetzung oder dergleichen wie auch für hydraulische Klemmkraftübersetzungen, die über Kolben mit unterschiedlichen Durchmessern die gewünschte Erhöhung der Anpresskraft bewirken.
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, die hydraulisch oder pneumatisch erzeugte Gegenkraft gleichzeitig in alle Haltearme einzuleiten, also sämtliche Kugelgelenke gleichzeitig zu entklemmen oder stattdessen eine individuelle Entklemmung einzelner Kugelgelenke zu wählen.
In konstruktiver Weiterbildung der Klemmeinrichtung empfiehlt es sich, dass der genannte Steuerkolben oder ein anderer von der Gasdruckfeder beaufschlagter Steuerkolben in einen Zylinderraum eintaucht, der einen gegenüber dem Steuerkolben deutlich größeren Durchmesser aufweist und einen Sekundärkolben mit entsprechend größerem Durchmesser enthält, der andererseits entweder selbst als Gelenkpfanne für das Kugelgelenk fungiert oder mit dieser Gelenkpfanne zusammenwirkt. Damit lässt sich auf einfache Weise je nach dem Durchmesserverhältnis des Steuerkolbens zum Sekundärkolben eine starke Klemmkraftübersetzung realisieren.
Im Allgemein genügen Standard-Dichtungen zur Abdichtung der Kolben in ihren jeweiligen Zylinderräumen. Bei besonders hohen Dichtheitsanforderungen kann stattdessen aber ein Kolben über bewegliche Membranen, Rollmembranen oder dergleichen absolut flüssigkeitsdicht mit dem ihm zugeordneten Zylinder verbunden sein.
Um die Federkraft der Gasdruckfeder in einfacher Weise verstellen zu können, empfiehlt es sich, dass die Gasdruckfeder ein Füllventil, insbesondere ein Rückschlagventil aufweist, das auch noch bei in den Haltearm einmontiertem Zustand der Gasdruckfeder leicht von außen zugänglich ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der Zeichnung. Dabei zeigt:
1 ein Schrägbild der Verbindungsvorrichtung mit drei Haltearmen;
2 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Haltearm mit Gasdruckfeder und Gelenkverbindung zu einem unten anschließenden zweiten Haltearm.
In 1 sieht man die Verbindungsvorrichtung in schematisierter Darstellung am Beispiel von drei Haltearmen 10a, 10b und 10c, die jeweils gelenkig miteinander verbunden sind. Das eine Ende der Verbindungsvorrichtung kann beispielsweise an einem Operationstisch befestigt sein, während das andere Ende beispielsweise eine nicht dargestellte Kopfhalterung für einen neurochirurgischen Eingriff trägt.
Jeder Haltearm 10a, 10b, 10c besteht aus einem etwa zylindrischen Gehäuse 11a, 11b, 11c, das an seinem einen Ende einen Kugelgelenkkopf 12a, 12b bzw. 12c trägt.
Die Kugelgelenkköpfe stecken jeweils in Kugelgelenkaufnahmen des benachbarten Haltearmes und sind darin allseits verdrehbar gelagert, bei Bedarf jedoch durch eine Klemmeinrichtung arretierbar. Diese Klemmeinrichtung arbeitet hydraulisch; dazu weist jeder Haltearm einen Hydraulikanschluss 13a, 13b bzw. 13c auf, über den sich die zuvor erwähnte Klemmung bzw. das Lösen dieser Klemmung realisieren lässt. Die Steuerung des Hydraulikflusses erfolgt üblicherweise über einen gemeinsamen oder über individuell an die einzelnen Tragarme angeschlossene fußbetätigte Hydraulikpumpen.
Der Axialschnitt in 2 zeigt den Aufbau der Klemmeinrichtung am Beispiel des Haltearmes 10a. Man sieht, dass der Haltearm ein zylindrisches Gehäuse 11a aufweist, das an seinem oberen Ende durch einen Deckel 16 verschlossen ist, der den Kugelgelenkkopf 12a trägt.
Dementsprechend befindet sich am unteren Ende des Haltearmes 10a eine Kugelgelenkaufnahme für den Kugelgelenkkopf 12b des zweiten Haltearmes 10b. Diese Kugelgelenkaufnahme besteht aus einem den Kugelgelenkkopf 12b übergreifenden Ring 111a und einer mit der Innenseite des Kugelgelenkkopfes 12b zusammenwirkenden Gelenkpfanne 21, die axial verschiebbar im Haltearm 10a gelagert ist und zur Verklemmung des Kugelgelenkkopfes dient.
Wesentlich ist nun, dass im oberen Teil des zylindrischen Gehäuses 11a eine Gasdruckfeder 17 eingebaut ist. Sie besteht aus einem Zylinder 17a und einem Steuerkolben 17b, wobei der Steuerkolben 17b einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweist, als der Zylinder 17a. Zu diesem Zweck sitzt am unteren Ende des Zylinders 17a ein Einsatz 18, der einen in den Zylinder 17a hineinragenden Zylinder 18a aufweist, dessen Durchmesser zu dem des Steuerkolbens 17b passt, also wesentlich geringer ist als der Durchmesser des Zylinders 17a.
Der Innenraum des Zylinders 17a ist über einen Gasfüllstutzen 19 und ein Rückschlagventil 20 mit einem inerten Gas, vorzugsweise mit Stickstoff gefüllt, so dass sich in dem Zylinderraum ein Druck von 30 bis 50 bar einstellt.
Der Gasfüllstutzen kann direkt von außen zugänglich sein, er kann aber auch durch den Deckel 16, der den Kugelgelenkkopf 12a trägt, abgedeckt sein.
Der Steuerkolben 17b durchquert den Einsatz 18 und ragt an seinem unteren Ende in einen Zylinderraum 22, der sich oberhalb eines Sekundärkolbens 21, die als Gelenkpfanne fungiert, befindet. Der Zylinderraum 22 ist mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und hat einen deutlich größeren Durchmesser als der Steuerkolben 17b. Wie die Zeichnung erkennen lässt, erstreckt sich der Zylinderraum 22 in seinem oberen Bereich über dem Sekundärkolben 21 bis zu dessen Außendurchmesser. Dieser Außendurchmesser ist etwa 5 Mal so groß wie der Durchmesser des Steuerkolbens 17b. Daraus folgt, dass die Kraft, mit der der Steuerkolben 17b nach unten gedrückt wird, eine etwa 25 fache Anpresskraft am Sekundärkolben und damit an der Gelenkpfanne 21 erzeugt. Der Kugelgelenkkopf 12b wird dadurch zwischen der Gelenkpfanne 21 und dem Ring 111a verspannt, so dass der Haltearm 10b am Haltearm 10a fixiert wird.
Erkauft wird diese hohe Anpresskraft am Sekundärkolben durch einen entsprechend langen Federweg der Gasdruckfeder, also des Steuerkolbens 17b. Damit dieser lange Federweg nicht zu einer deutlichen Druckabnahme in der Gasfeder, also im Zylinder 17a führt, beträgt das Gasvolumen zumindest das 8-fache, vorzugsweise das zumindest 10-fache der durch den Federweg realisierten Volumendifferenz.
Wie die Zeichnung außerdem zeigt, ist der Steuerkolben 17b abgestuft, denn sein unterer Durchmesser, der in den Zylinderraum 22 eintaucht, ist kleiner als sein oberer vom Gasdruck beaufschlagter Durchmesser. An seiner Abstufung 17c ist in Kombination mit einer entsprechenden Abstufung 18b des Einsatzes 18 ein ringförmiger Zylinderraum 180 gebildet. Dieser Zylinderraum ist über den bereits genannten Hydraulikanschluss 13a mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar, um den Steuerkolben 17b entgegen der Gasdruckfeder nach oben zu drücken, wenn die Klemmeinrichtung gelöst werden soll.
Die Funktion ist folgende: Wenn die Verbindungsvorrichtung in starrer Position, das Kugelgelenk zwischen den Haltearmen also verklemmt werden soll, so ist der Hydraulikanschluss 13a, der für das Lösen der Klemmvorrichtung verantwortlich ist, drucklos. Die Gasdruckfeder 17 entfaltet dann ihre volle Wirkung, das heißt, dass der Steuerkolben 17b nach unten gedrückt wird, in den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Zylinderraum 22 eindringt und die Gelenkpfanne 21 unter der genannten Kraft-Verstärkung gegen den Kugelkopf 12b drückt. Im Ergebnis sind die beiden Haltearme 10a und 10b dann unbeweglich zueinander fixiert.
Soll die Verbindungsvorrichtung hingegen in eine andere Position verstellt oder in schlaffen Zustand gebracht werden, so wird – vorzugsweise betätigt über eine Fußpumpe – Hydraulikflüssigkeit über den Hydraulikanschluss 13a in den Ringraum 180 gepresst, und zwar mit einem solchen Druck, dass der Steuerkolben 17b entgegen dem Gasdruck im Zylinder 17a der Gasdruckfeder nach oben gedrückt wird. Dadurch verringert sich der Druck im Zylinderraum 22 mit der Folge, dass die Anpresswirkung der Gelenkpfanne 21 auf den Kugelkopf 12b aufgehoben wird.
Die beiden Haltearme 10a und 10b sind dann relativ zueinander beweglich und können in die gewünschte neue Position verstellt werden. Ist diese neue Position erreicht, braucht lediglich der Hydraulikanschluss 13a drucklos geschaltet werden, um das Kugelgelenk in der neuen Position zu fixieren.
Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, den Druck am Hydraulikanschluss 13a auf beliebige Zwischenwerte oder stufenlos einzustellen, damit die Verbindungsvorrichtung nicht nur zwischen einem schlaffen und einem arretierten Zustand umgeschaltet werden kann, sondern beispielsweise 1 oder 2 Zwischenzustände erreicht werden, bei denen die Klemmvorrichtung mit geringem äußeren Kraftaufwand verstellt werden kann. Solche Zwischenzustände können zweckmäßig sein, wenn man Verstellbewegungen allein unter Schwerkrafteinfluss ausschalten will, insbesondere, wenn nur noch sehr kleine Verstellwege gewünscht sind.
Zusammenfassend besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass man eine hohe Anpresskraft am Kugelgelenk über längere Zeit als bisher garantieren kann, wobei selbst eine gewisse Leckage der zur Klemmkrafterzeugung eingesetzten Hydraulikflüssigkeit die Anpresskraft nicht beeinträchtigt.

Claims

Verbindungsvorrichtung zum verstellbaren Verbinden einer ärztlichen Einrichtung, vorzugsweise einer Kopfhalterung, mit einem Anbauteil einer stationären Einrichtung, vorzugsweise einem Operationstisch, wobei die ärztliche Einrichtung mit dem einen Ende, die stationäre Einrichtung mit dem anderen Ende der Verbindungsvorrichtung verbindbar ist und diese Verbindungsvorrichtung aus zumindest zwei über ein Kugelgelenk verbundenen Haltearmen (10a, 10b, 10c) besteht, indem der erste Haltearm (10a) eine Kugelgelenkaufnahme (110a), der zweite Haltearm (10b) einen dazu passenden Kugelgelenkkopf (12b) aufweist und wobei das Kugelgelenk in einer gewünschten Gelenkstellung durch eine lösbare Klemmeinrichtung arretierbar ist, die zumindest ein Vorspannelement aufweist, das eine Gelenkpfanne (21) gegen den Kugelgelenkkopf (12b) des zweiten Haltearmes (10b) anpresst, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement als Gasdruckfeder (17) ausgebildet ist, deren Gasdruck auf einen Steuerkolben (17b) einwirkt, der zum Lösen der Klemmeinrichtung von außen von einer Gegenkraft entgegen der vom Gasdruck erzeugten Kraft beaufschlagbar ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen der Gasdruckfeder (17) zumindest 8 mal, vorzugsweise zumindest 10 mal so groß ist wie die dem Federweg entsprechende Gasvolumendifferenz.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdruckfeder (17) mittels eines Übersetzungsgetriebes zur Erhöhung der Anpresskraft auf die Gelenkpfanne (21) einwirkt.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe ein mechanisches Getriebe ist, das insbesondere über Zahnräder die gewünschte Erhöhung der Anpresskraft bewirkt.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe ein hydraulisches Getriebe ist, das insbesondere über zumindest einen Kolben (17b) mit unterschiedlichen Durchmessern die gewünschte Erhöhung der Anpresskraft bewirkt.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft hydraulisch oder pneumatisch erzeugt wird.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm (10a) einen Hydraulik- oder Pneumatik-Anschluss (13a) aufweist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (17b) in einen Zylinderraum (22) eintaucht, der einen gegenüber dem Steuerkolben (17b) größeren Durchmesser aufweist und einen Sekundärkolben enthält, der andererseits als Gelenkpfanne (21) fungiert oder mit dieser zusammenwirkt.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Kolben (17b, 21) über bewegliche Membranen oder Rollmembranen dicht mit dem ihm zugeordneten Zylinder verbunden ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdruckfeder (17) ein Füllventil, insbesondere Rückschlagventil (20) aufweist, das bei in den Haltearm (10a) einmontiertem Zustand der Gasdruckfeder (17) von außen zugänglich ist.