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Die Erfindung betrifft ein medizinisches Gerät, mit wenigstens einem elektrischen Antrieb zur Positionierung wenigstens eines lageveränderlichen Geräteabschnitts, wobei entlang wenigstens eines mechanischen Antriebsstrangs zwischen dem elektrischen Antrieb und dem lageveränderlichen Geräteabschnitt wenigstens ein Getriebe und eine Überlastkupplung angeordnet ist.
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Der Begriff medizinisches Gerät bezeichnet beispielsweise ein Röntgengerät mit einer Patientenliege und einem C-Bogen, an dem einerseits eine Röntgenquelle und andererseits ein Röntgendetektor angeordnet ist. Aus Sicherheitsgründen ist bei derartigen medizinischen Geräten eine Überlastkupplung im Antriebsstrang vorgesehen, die die Last, insbesondere einen C-Bogen, im Falle einer Überlastung von dem elektrischen Antrieb entkoppelt, wodurch eine weitere Bewegung der Last unterbunden wird. Die Überlastkupplung kann beispielsweise zum Einsatz kommen, wenn sich ein Hindernis im Bewegungsraum des C-Bogens befindet, wodurch eine Verstellbewegung des C-Bogens gestoppt wird. In diesem Fall unterbricht die Überlastkupplung die von dem elektrischen Antrieb über den Antriebsstrang und das Getriebe übertragene Antriebskraft bzw. ein Antriebsmoment, wodurch die Last von dem Antrieb entkoppelt wird. Derartige Überlastkupplungen sind an sich bekannt und umfassen zumeist zwei kraftschlüssig ineinandergreifende Kupplungsabschnitte, die im normalen Betrieb kraftschlüssig miteinander verbunden sind und im Falle einer Überlastung in einen ausgekuppelten Zustand gebracht werden.
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Eine etwas anders aufgebaute Überlastkupplung ist aus der
DE 105 22 357 A1 bekannt. Dort wird ein medizinisches Gerät vorgeschlagen, das einen motorisch verstellbaren Geräteteil aufweist, beispielsweise kann es sich dabei um einen C-Bogen handeln. Eine bei einer Überlastung auftretende Relativverschiebung zwischen zwei Bauteilen wird über Fühler erfasst, wodurch ein Schalter und ein elektrischer Antrieb ausgeschaltet wird. Im Interesse einer noch höheren Betriebssicherheit ist es jedoch wünschenswert, dass die Last, beispielsweise ein C-Bogen, im Falle einer Überlastung nicht nur elektrisch sondern auch mechanisch von dem Antrieb entkoppelt wird.
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Herkömmliche medizinische Geräte, die eine mechanische Überlastkupplung aufweisen, sind so konzipiert, dass der lageveränderliche Geräteabschnitt nach einer Überlastung aus dem entkuppelten Zustand manuell wieder in den eingekuppelten Zustand zurückbewegt werden kann. In der Praxis ist dazu allerdings eine vergleichsweise hohe Kraft oder ein hohes Moment erforderlich, das im Wesentlichen genauso hoch wie die Kraft bzw. das Moment ist, das bei der Überlastung das Auskuppeln der Kupplungsabschnitte bewirkt hat. Für den Benutzer ist es daher unter Umständen schwierig, den lageveränderlichen Geräteabschnitt nach einer Überlastung wieder in einen Grundzustand zu bringen, in der die Kupplungsabschnitte in der richtigen Relativlage zueinander ineinander eingreifen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein medizinisches Gerät anzugeben, das nach einer Überlastung leicht manuell wieder in den Grundzustand zurückgeführt werden kann, in dem der lageveränderliche Geräteabschnitt die richtige Relativlage zum Antrieb besitzt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem medizinischen Gerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei der Überlastkupplung an einem Kupplungsabschnitt Rastelemente angeordnet sind, die in Rastaufnahmen des anderen Kupplungsabschnitts eingreifen, wobei die Rastelemente und die zugehörigen Rastaufnahmen ungleichmäßig verteilt sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Kraft bzw. das Moment, das zum Bewegen des lageveränderlichen Geräteabschnitts nach einer Überlastung aufgewendet werden muss, um die entkoppelten Kupplungsabschnitte wieder miteinander in Eingriff zu bringen, von der Anzahl der ineinander eingreifenden Rastelemente und Rastaufnahmen ist. Da die Rastelemente, die an einem Kupplungsabschnitt angeordnet sind, und die Rastaufnahmen, die an dem anderen Kupplungsabschnitt angeordnet sind, ungleichmäßig verteilt sind, greifen in dem Grundzustand, wenn der lageveränderliche Geräteabschnitt die richtige Relativlage zum Antrieb einnimmt, sämtliche Rastelemente in die zugehörigen Rastaufnahmen ein. Nach einer Überlastung führt die ungleichmäßige Verteilung der Rastelemente und der Rastaufnahmen jedoch dazu, dass nur ein Teil der Rastelemente in die Rastaufnahmen eingreift. Dementsprechend kann der verdrehte oder verschobene lageveränderliche Geräteabschnitt anschließend mit einer geringeren Kraft bzw. einem geringeren Moment wieder in den Grundzustand zurückbewegt werden, da lediglich der Widerstand der eingreifenden Rastelementen überwunden werden muss. Somit ist die Kraft bzw. das Moment, das zum Zurückführen des lageveränderlichen Geräteabschnitts in den Grundzustand aufgewendet werden muss, stets kleiner als die Kraft bzw. das Moment, durch das die Überlastkupplung ausgelöst und entkoppelt wurde. Dadurch wird bewirkt, dass die Überlastkupplung ein von der Relativposition der beiden Kupplungsabschnitte abhängiges Schaltverhalten aufweist.
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Eine weitere Verbesserung des Schaltverhaltens kann bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Gerät erzielt werden, wenn die Rastelemente und die Rastaufnahmen auf Primzahlpositionen über den Umfang verteilt angeordnet sind. Der Begriff „Umfang” bezieht sich dabei auf den Kupplungsabschnitt, der die Rastelemente aufweist. Die Anordnung auf Primzahlpositionen bedeutet, dass die einzelnen Rastelemente und Rastaufnahmen an unterschiedlichen Winkelpositionen des Kupplungsabschnitts angeordnet sind, dementsprechend kann auch der Abstand zwischen zwei benachbarten Rastelementen bzw. Rastaufnahmen in Umfangsrichtung unterschiedlich sein. Diese ungleichmäßige Anordnung der Rastelemente führt dazu, dass bei einer Überlastung die Rastelemente relativ zu den Rastaufnahmen gedreht werden, bis sie in der nächsten Position einrasten, d. h. bis der Kupplungsabschnitt, der die Rastelemente aufweist, eine Strecke zurückgelegt hat, die dem Abstand zwischen zwei Rastaufnahmen entspricht. In diesem Zustand rastet jedoch nur ein Teil der Rastelemente in die Rastaufnahmen ein, die übrigen Rastelemente verbleiben in einer nicht eingerasteten Position. In diesem Zustand kann der Kupplungsabschnitt, der den lageveränderlichen Geräteabschnitt trägt, manuell wieder in den Grundzustand zurückbewegt werden. Wichtig ist dabei, dass die Kraft bzw. das Moment, das zum Zurückbewegen in den Grundzustand benötigt wird, wesentlich geringer als die Kraft oder das Moment ist, durch das die Überlastung und die Entkopplung der beiden Kupplungsabschnitte verursacht wurde.
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Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Rastelemente und die Rastaufnahmen gemäß Primzahlabständen auf einem Abschnitt des Umfangs angeordnet sind, wobei mehrere gleichgroße Umfangsabschnitte vorgesehen sind. Dementsprechend kann sich die Anordnung der Rastelemente in regelmäßigen Abständen wiederholen. Durch diese Wiederholung der Rastelementpositionen kann der Kraft- oder Momentenverlauf beim manuellen Schalten zurück in die Grundposition beeinflusst werden.
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In diesem Zusammenhang kann es bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Gerät vorgesehen sein, dass ein Umfangsabschnitt 180° oder 120° oder 90° oder 60° oder 45° umfasst. Wenn ein Umfangsabschnitt beispielsweise 90° umfasst, wiederholt sich die Anordnung der Rastelemente vier Mal entlang des Umfangs.
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Bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Gerät wird es besonders bevorzugt, dass bei vier Rastelementen diese auf einem Umfangsabschnitt in den Primzahlabständen 1·w, 2·w, 3·w und 5·w angeordnet sind, wobei w = Umfangsabschnitt/n und n der Summe der Primzahlabstände entspricht. Die Primzahlabstände entsprechen den kleinsten Primzahlen 1, 2, 3 und 5, durch die die Abstände der Rastelemente festgelegt werden. Vorzugsweise werden vier Rastelemente auf einem Umfangsabschnitt auf den Positionen 1·w, 3·w, 6·w und 11·w angeordnet. Diese Positionen ergeben sich jeweils aus der Summe der Primzahlabstände, das heißt der Summe der Positionsdifferenzen. Die Abstände (Differenzen) der Positionen sind Primzahlen.
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Um den Kraft- oder Momentenverlauf beim manuellen Schalten der Überlastkupplung des erfindungsgemäßen medizinischen Geräts zu beeinflussen, kann es vorgesehen sein, dass wenigstens eine Primzahlposition für die Rastelemente unbesetzt ist. Auf diese Weise kann das Schaltverhalten individuell beeinflusst werden, um die manuelle Betätigung und damit das Zurückschalten in den Grundzustand, zu optimieren.
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Bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Gerät kann es vorgesehen sein, dass die Rastelemente federbelastet sind und vorzugsweise als Stifte oder Bolzen ausgebildet sind, die in die Rastaufnahmen eingreifen.
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Bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Gerät ist der lageveränderliche Geräteabschnitt vorzugsweise als C-Bogen ausgebildet.
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Weitere Vorteile und. Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes medizinisches Gerät;
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2 einen Kupplungsabschnitt mit Rastaufnahmen;
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3 einen Kupplungsabschnitt mit Rastelementen;
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4 eine Darstellung der Anordnung der Rastaufnahme;
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5 eine geschnittene Seitenansicht der Überlastkupplung; und
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6 den Verlauf des Drehmoments bei ausgekoppelter Überlastkupplung.
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Das in 1 gezeigte medizinische Gerät 1 ist als Röntgengerät ausgebildet und umfasst einen an einem Tragarm 2 angeordneten C-Bogen 3 als lageveränderlichen Geräteabschnitt. Der C-Bogen 3 trägt an einem Ende eine Röntgenquelle 4, an dem entgegengesetzten Ende des C-Bogens 3 ist ein Röntgendetektor 5 angeordnet. Der C-Bogen 3 ist entlang des Doppelpfeils 6 vertikal verschiebbar, zusätzlich kann er eine Rotationsbewegung entlang des Doppelpfeils 7 durchführen. Am oberen Ende des Tragarms 2 weist das medizinische Gerät 1 einen elektrischen Antrieb 8 auf, der über ein Getriebe mit dem C-Bogen 3 verbunden ist. Der mechanische Antriebsstrang wird somit von dem elektrischen Antrieb 8 und dem in 1 nicht sichtbaren Getriebe gebildet.
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Der C-Bogen 3 ist mittels einer Überlastkupplung mit dem mechanischen Antriebsstrang verbunden. Eine mechanische Überlastung kann beispielsweise auftreten, wenn sich im Bewegungsbereich des C-Bogens 3 ein Hindernis befindet, gegen das der C-Bogen 3 geschwenkt wird. Um in diesem Fall eine Beschädigung des elektrischen Antriebs 8 des Getriebes zu vermeiden, wird die Überlastkupplung aus dem Grundzustand in einen ausgekoppelten Zustand gebracht, wodurch die Kraftübertragung von dem mechanischen Antriebsstrang auf den lageveränderlichen Geräteabschnitt, nämlich den C-Bogen 3, unterbrochen wird. Zusätzlich kann in einem derartigen Überlastungsfall vorgesehen sein, dass der elektrische Antrieb aus Sicherheitsgründen abgeschaltet wird. Daneben kann eine Bremsvorrichtung die Bewegung des C-Bogens 3 zum Stillstand bringen.
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Die 2 und 3 zeigen Bestandteile der Überlastkupplung, nämlich in 2 einen Kupplungsabschnitt 9 mit Rastaufnahmen und in 3 einen Kupplungsabschnitt 10 mit Rastelementen. Die beiden Kupplungsabschnitt 9, 10 sind ringförmig ausgebildet, ein Kupplungsabschnitt ist starr mit dem mechanischen Antriebsstrang des medizinischen Geräts 1 verbunden, der andere Kupplungsabschnitt ist starr mit dem lageveränderlichen Geräteabschnitt, dem C-Bogen 3, verbunden. Jeder Kupplungsabschnitt 9, 10 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Löchern auf, die zur Befestigung des Kupplungsabschnitts 9, 10 an dem mechanischen Antriebsstrang bzw. dem C-Bogen 3 dienen. Der Kupplungsabschnitt 9 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Rastaufnahmen 11 auf, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Sacklöcher ausgebildet sind. Bei anderen Ausführungen können die Rastaufnahmen auch als Durchgangslöcher ausgebildet sein. Der Kupplungsabschnitt 10 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Rastelementen 12 auf, die sich senkrecht zu der von dem Kupplungsabschnitt 10 aufgespannten Ebene in axialer Richtung erstrecken. Die Rastelemente 12 sind federbelastet ausgebildet und umfassen jeweils einen axial bewegbaren Bolzen, der von einer vorgespannten Feder beaufschlagt wird. Beim Aufbringen einer entgegengesetzt zur Federkraft gerichteten Kraft wird der Bolzen zum Kupplungsabschnitt 10 verschoben.
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Die Rastaufnahmen 11 in dem Kupplungsabschnitt 9 und die Rastelemente 12 in dem Kupplungsabschnitt 10 sind so ausgebildet und angeordnet, dass sie im Grundzustand ineinander eingreifen, so dass eine Übertragung eines Drehmoments von dem mechanischen Antriebsstrang auf den C-Bogen 3 möglich ist. Im Falle einer Überlastung rasten die Rastelemente 12 jedoch aus den Rastaufnahmen 11 aus, wodurch die Drehmomentübertragung unterbrochen wird.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, sind die Rastaufnahmen 11 und die Rastelemente 12 ungleichmäßig über den Umfang der Kupplungsabschnitte 9, 10 verteilt.
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Die Anordnung der Rastaufnahmen bzw. Rastelemente ist in 4 dargestellt. Wesentlich ist dabei, dass die Rastelemente und die zugehörigen Rastaufnahmen jeweils gemäß Primzahlabständen auf einem Abschnitt des Umfangs angeordnet sind, wobei mehrere gleich große Umfangsabschnitte vorgesehen sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Umfangsabschnitte vorgesehen, die jeweils einen Bereich von 90° abdecken. Die Rastelemente und Rastaufnahmen sind dabei gemäß Primzahlabständen angeordnet. Die niedrigsten Primzahlen sind 1, 2, 3, 5 und 7. Legt man die Abstände entsprechend fest, erhält man die Primzahlpositionen 1·w, 3·w, 6·w und 11·w. w entspricht dabei dem Umfangsabschnitt/n, wobei n der Summe der Primzahlabstände entspricht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist n = 1 + 2 + 3 + 5 und w = 90°/11. Somit befinden sich die Rastelemente auf den folgenden Positionen: 0°, 8,1°, 24,5° und 49,1°.
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Anders ausgedrückt wird ein Umfangsabschnitt in n gleiche Teile geteilt, wobei n eine Primzahl ist. Wenn wie in diesem Fall n = 11 gewählt wird, ergibt sich ein Teil des Umfangsabschnitts aus 90°/11 = 8,182°. Der Beginn eines Teilungsabschnitts am Umfangsabschnitt (Teilkreis) wird als Position bezeichnet, die von 0 im mathematisch positiven Sinn aufwärts gezählt wird, im vorliegenden Beispiel bis 10, wobei die Position 11 der Position 0 des folgenden Umfangsabschnitts entspricht. Als Rastpositionen werden dann die Positionen festgelegt, die bei 0 beginnend, jeweils zu ihrem Vorgänger einen monoton steigenden Primzahlabstand haben (1, 2, 3, 5).
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Diese Anordnung wiederholt sich vier Mal entlang des Umfangs des Kupplungselements. Diese ungleichmäßige Verteilung der Rastaufnahmen und der Rastelemente bewirkt, dass sich im Grundzustand alle sechzehn Rastelemente in den entsprechenden Rastaufnahmen befinden. Wenn bei einer Überlastung die Überlastkupplung ausgekuppelt ist, rasten die Rastelemente nach einer Drehung von 8,1° in den nächsten Positionen ein. Allerdings rasten lediglich vier der sechzehn Rastelemente ein, die übrigen Rastelemente gleiten auf einer entsprechenden Gegenfläche des anderen Kupplungsabschnitts. Dies hat zur Folge, dass der C-Bogen leicht manuell wieder zurück in die Grundposition bewegt werden kann, da lediglich die Reibung und der Widerstand von vier Rastelementen zu überwinden ist, nicht jedoch von sechzehn Rastelementen, wie es aus der Grundposition heraus erforderlich ist.
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5 zeigt die Kupplungselemente 9, 10 im montierten Zustand in einer geschnittenen Seitenansicht.
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6 zeigt den Verlauf des Drehmoments über dem Drehwinkel. Man erkennt, dass aus dem Grundzustand heraus zunächst ein sehr hohes Drehmoment erforderlich ist, um ein Auslösen der Überlastkupplung zu bewirken. Nach dem Auskuppeln geht das Drehmoment auf einen niedrigen Wert zurück, der näherungsweise halb so groß ist wie der Maximalwert beim Auslösen der Überlastkupplung. Wenn die Rastelemente in den nächsten Position, nach einer Drehung von ca. 8,1°, in die Rastaufnahmen eingerastet sind, wird lediglich ein geringes Drehmoment benötigt, um den C-Bogen 3 wieder in die Grundposition zurückzubewegen. Dieses geringere Drehmoment beträgt ca. ein Viertel des maximalen Drehmoments, das beim Auslösen der Überlastkupplung auftritt.
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In 6 ist im unteren Bereich die Gesamtzahl der gleichzeitig eingerasteten Rastelemente angegeben. Die Gesamtzahl der eingerasteten Elemente schwankt zwischen 16 (alle Rastelemente eingerastet) und 0 (kein Rastelement eingerastet). Wenn vier Rastelemente eingerastet sind, bedeutet dies, dass je ein Rastelement pro Umfangsabschnitt eingerastet ist. Das Gesamtdrehmoment, das zum Überwinden der eingerasteten Raststellung aufzuwenden ist, setzt sich dann aus einem konstanten Reibmoment und einem abhängigen Moment zusammen, das von der Anzahl der in Eingriff befindlichen Rastelemente abhängig ist. Das konstante Reibmoment bewirkt, dass der lageveränderliche Geräteabschnitt im ausgerasteten Zustand aller Rastelemente noch gehalten wird, wodurch ein Durchrutschen vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gerät
- 2
- Tragarm
- 3
- C-Bogen
- 4
- Röntgenquelle
- 5
- Röntgendetektor
- 6
- Doppelpfeil
- 7
- Doppelpfeil
- 8
- Antrieb
- 9
- Kupplungsabschnitt
- 10
- Kupplungsabschnitt
- 11
- Rastaufnahmen
- 12
- Rastelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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