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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Motoranordnung für eine medizinische Ausrüstung und insbesondere ein chirurgisches Instrument mit einer Motoranordnung, die einen mehrstufigen Planetengetriebezug mit zwei Geschwindigkeiten aufweist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Übliche chirurgische Instrumente wie chirurgische Bohrer arbeiten mit einem einfachen Stirnradgetriebe. Für die Arbeit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Drehmomenten wird eine spezielle Geschwindigkeitssteuerschaltung zum Umschalten der Batterieausgangsspannung verwendet. Jedoch reagiert die in dem Geschwindigkeits-Kontroller verwendete elektrische Schalteinrichtung nicht schnell, und der Kontroller ist normalerweise kompliziert und nicht zuverlässig. Darüber hinaus erzeugt das Steuersystem elektromagnetische Störungen (EMI), von denen auch andere elektronische medizinische Gerätschaften betroffen sind.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es besteht daher der Wunsch nach einem chirurgischen Instrument, das mit einer Motoranordnung mit einem verbesserten Getriebezug arbeitet, der unterschiedliche Ausgangsgeschwindigkeiten ohne komplizierte elektronische Steuerungen bereitstellen kann.
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Demzufolge wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Motoranordnung zur Verwendung in chirurgischen Gerätschaften bereitgestellt, umfassend einen Motor mit einer Motorwelle und einen durch den Motor angetriebenen Getriebezug, wobei der Getriebezug umfasst: eine Ausgangswelle, ein festgelegtes Hohlrad, eine Abdeckung, ein innerhalb der Abdeckung installiertes bewegliches Hohlrad und einen mehrstufigen Planetenradsatz, wobei jede Stufe ein Sonnenrad, einen Träger und Planetenräder aufweist, die an einer Seite des Trägers montiert sind und die mit dem Sonnenrad und mit einem des festgelegten Hohlrads und des beweglichen Hohlrads kämmen, wobei das bewegliche Hohlrad eine an der Innenumfangsfläche gebildete Innenverzahnung und einer der Träger eine an der Außenumfangsfläche gebildete Außenverzahnung hat und das bewegliche Hohlrad bewegbar ist zwischen einer ersten Position, in der das bewegliche Hohlrad mit der Abdeckung in Eingriff ist und sich relativ zu der Abdeckung nicht drehen kann und außer Eingriff mit dem Träger ist, wodurch der Getriebezug ein höheres Untersetzungsverhältnis hat, und einer zweiten Position, in der das bewegliche Hohlrad mit der Abdeckung außer Eingriff ist und mit dem einen Träger und den der anderen Seite dieses einen Trägers benachbarten Planetenrädern im Eingriff und drehbar ist, wodurch der Getriebezug ein niedrigeres Untersetzungsverhältnis hat.
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Vorzugsweise hat die Abdeckung eine zylindrische Konfiguration und eine Innenverzahnung an ihrer Innenfläche, und das bewegliche Hohlrad hat eine Außenverzahnung, die konfiguriert ist für den Eingriff mit der Innenverzahnung der Abdeckung, wenn sich das bewegliche Hohlrad in seiner ersten Position befindet.
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Vorzugsweise hat das bewegliche Hohlrad in seiner Außenfläche eine Nut, und die Abdeckung hat eine Durchgangsöffnung, die für einen externen Zugang zur Nut sorgt, um das bewegliche Hohlrad zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
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Vorzugsweise umfasst der Getriebezug einen vierstufigen Planetenradsatz.
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Vorzugsweise ist das festgelegte Hohlrad näher zu dem Motor angeordnet als das bewegliche Hohlrad, und die Planetenräder, die näher zu dem Motor angeordnet sind als der eine Träger, kämmen mit dem festgelegten Hohlrad.
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Vorzugsweise kämmen die dem einen Träger benachbarten Planetenräder, wenn sich das bewegliche Hohlrad in der ersten Position befindet, mit der Innenverzahnung des beweglichen Hohlrads und können sich relativ zu dem beweglichen Hohlrad drehen.
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Vorzugsweise ist der Motor ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor.
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Vorzugsweise umfasst der Getriebezug eine Montagehalterung, die an dem Motor befestigt ist, und das festgelegte Hohlrad ist durch eine Schnappverbindung an der Montagehalterung befestigt.
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Vorzugsweise hat das festgelegte Hohlrad sich axial erstreckende Finger, die mit der Montagehalterung im Eingriff sind, um das festgelegte Hohlrad an einer Drehung relativ zu dem Motor zu hindern.
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Vorzugsweise ist das festgelegte Hohlrad durch einen Nut-und-Feder-Presssitz mit der Abdeckung verbunden.
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Vorzugsweise sind das festgelegte Hohlrad, das bewegliche Hohlrad und die Planetenräder aus Kunststoff hergestellt.
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Vorzugsweise ist der Getriebezug öl- und fettfrei.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein chirurgisches Instrument bereitgestellt, das zwischen einer Bohrfunktion und einer Schraubfunktion umgeschaltet werden kann und das eine Motoranordnung wie vorstehend beschrieben umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und in den Figuren dargestellten Merkmalen sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Motoranordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines Getriebezugs der Motoranordnung von 1;
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3 zeigt den Getriebezug von 2 aus einem anderen Betrachtungswinkel; und
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4 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Motoranordnung von 1.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Motoranordnung für eine medizinische Ausrüstung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die medizinische Ausrüstung kann ein chirurgisches Elektroinstrument sein, das manuell zwischen einer Bohrfunktion und einer Schraubfunktion umgeschaltet werden kann.
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Die Motoranordnung 10 hat eine Ausgangswelle 49 und umfasst einen Motor 20, der die Ausgangswelle über einen Getriebezug 40 antreibt. 4 ist eine Schnittansicht der Motoranordnung, und die 2 und 3 sind Teilansichten des Getriebezugs.
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Vorzugsweise ist der Motor 20 ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor, der batteriebetrieben ist. Der Motor 20 umfasst eine Motorwelle 22, die sich in den Getriebezug 40 erstreckt. Ein Ritzel ist an dem Ende der Motorwelle befestigt und bildet das erste Sonnenrad 47a des Getriebezugs.
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Wie die 2 bis 4 zeigen, umfasst der Getriebezug 40 eine zylindrische Abdeckung 42, ein bewegliches Hohlrad 44, das innerhalb der Abdeckung 42 installiert ist, und einen mehrstufigen Planetenradsatz. Die Abdeckung 42 ist gegenüber dem Ständer oder Gehäuse des Motors 20 stationär.
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In dieser Ausführungsform umfasst der Getriebezug 40 einen vierstufigen Planetenradsatz. Jede Stufe umfasst vier Planetenräder 46a–46d, ein Sonnenrad 47a–47d, das mit den Planetenrädern 46a–46d kämmt, und einen Träger 48a–48d, der so konfiguriert ist, dass er an seiner einen Seite die Planetenräder 46a–46d trägt. Das Sonnenrad 47a des Planetenradsatzes der ersten Stufe ist an der Motorwelle 22 befestigt. Die anderen Sonnenräder 47b–47d sind an der anderen Seite des Trägers 48a–48c der vorhergehenden Stufe getragen. Der Träger 48d der vierten und letzten Stufe ist mit der Ausgangswelle 49 befestigt. Der Träger 48c der dritten Stufe hat an seiner Peripherie eine Außenverzahnung. Das bewegliche Hohlrad 44 hat eine Innenverzahnung 422, die für den Eingriff mit der Außenverzahnung des Trägers 48c und mit den Planetenrädern 46d der vierten Stufe konfiguriert ist.
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Der Getriebezug 40 umfasst ferner ein festgelegtes Hohlrad 50, das gegenüber dem Ständer oder Gehäuse des Motors 20 fixiert ist. Das festgelegte Hohlrad hat eine Innenverzahnung, die mit den Planetenrädern 46a–46c der ersten, zweiten und dritten Stufe kämmt. Die Träger 48a–48b, die näher als der Träger 48c an dem Motor 20 liegen, sind in dem festgelegten Hohlrad 50 angeordnet. Die Träger 48a–48b sind nicht direkt mit dem festgelegten Hohlrad verbunden und können sich relativ zu dem festgelegten Hohlrad drehen.
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Die Abdeckung 42 hat eine Innenverzahnung 422 an ihrer Innenumfangsfläche. Das bewegliche Hohlrad 44 hat ebenfalls eine Außenverzahnung 442. Das bewegliche Hohlrad ist innerhalb der Abdeckung axial bewegbar zwischen einer ersten Position, in der die Außenverzahnung des beweglichen Hohlrads mit der Innenverzahnung der Abdeckung im Eingriff ist, und einer zweiten Position, in der die Außenverzahnung des beweglichen Hohlrads außer Eingriff mit der Innenverzahnung der Abdeckung ist. Wenn die Außenverzahnung 442 mit der Innenverzahnung 422 der Abdeckung 42 im Eingriff ist, ist das bewegliche Hohlrad 44 gegenüber der Abdeckung 42 blockiert und nicht drehbar. Ist die Außenverzahnung 442 außer Eingriff mit der Innenverzahnung 422 der Abdeckung, kann sich das bewegliche Hohlrad innerhalb der Abdeckung frei drehen. In beiden Positionen bleibt der kämmende Eingriff des beweglichen Hohlrads mit den Planetenrädern 46d der vierten Stufe bestehen. Das bewegliche Hohlrad 44 hat eine Nut 444 in ihrer Außenfläche. Die Abdeckung 42 hat eine Durchgangsöffnung 424 (z. B. eine Öffnung, einen Durchlassschlitz etc.), die mit der Nut 444 korrespondiert, um den Zugriff einer Bedienungsperson oder eines Werkzeugs von außerhalb der Abdeckung 42 zu der Nut 444 zu ermöglichen, um das bewegliche Hohlrad innerhalb der Abdeckung axial zwischen der ersten und der zweiten Position zu verschieben.
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Wenn sich das bewegliche Hohlrad 44 in der ersten Position befindet, in der die Außenverzahnung 442 des beweglichen Hohlrads 44 mit der Innenverzahnung 422 der Abdeckung 42 im Eingriff ist und das bewegliche Hohlrad 44 sich relativ zur Abdeckung 42 nicht drehen kann, kämmt die Innenverzahnung des beweglichen Hohlrads 44 nur mit den Planetenrädern 46d, nicht aber mit der Außenverzahnung des Trägers 48c. Jede Stufe des Planetenradsatzes arbeitet, um die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle zu reduzieren. Das Untersetzungsverhältnis des Getriebezugs ist somit hoch, und der Getriebezug 40 sorgt für eine Drehung der Ausgangswelle 49 mit einer niedrigen Geschwindigkeit und einem hohen Drehmoment.
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Wenn sich das bewegliche Hohlrad 14 in der zweiten Position befindet, in der die Außenverzahnung 442 des beweglichen Hohlrads 44 außer Eingriff ist mit der Innenverzahnung 422 der Abdeckung 42 und die Innenverzahnung des beweglichen Hohlrads 44 mit der Außenverzahnung des Trägers 48c und mit den Planetenrädern 46d kämmt, kann sich das bewegliche Hohlrad 44 relativ zur Abdeckung 42 drehen. Der Träger 48c, das an dem Träger 48c montierte Sonnenrad 47d, die Planetenräder 46d, der Träger 48d und das bewegliche Hohlrad 44 sind zu einer Einheit verbunden/zusammengeschlossen, die sich relativ zur Abdeckung 42 drehen kann. Dadurch wirkt die vierte Stufe des Getriebezugs als eine direkte Verbindung und stellt keine Geschwindigkeitsreduzierung bereit. Dadurch hat der Getriebezug 40 ein niedrigeres Untersetzungsverhältnis und sorgt für eine Drehung der Ausgangswelle 49 mit einer höheren Geschwindigkeit und einem niedrigeren Drehmoment.
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Bei vorliegender Erfindung ist der Getriebezug 40 geeignet für die Bereitstellung einer einstellbaren Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle durch ein selektives Bewegen des beweglichen Hohlrads 44 zwischen der ersten und der zweiten Position.
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Da diese Motoranordnung für die Verwendung bei medizinischen Gerätschaften und insbesondere als Motoranordnung eines chirurgischen Instruments gedacht ist, soll die Motoranordnung zuverlässig und wirtschaftlich sein. Chirurgische Gerätschaften müssen steril sein und entweder wieder sterilisierbar oder wegwerfbar sein. Diese Motoranordnung lässt sich mit Teilen des Getriebezugs herstellen, die einschließlich Abdeckung, Basis, festgelegtem Hohlrad und beweglichem Hohlrad speziell Spritzgussteile aus Kunststoff sind. Vorzugsweise können sämtliche Teile des Getriebezugs aus Kunststoffmaterial hergestellt sein.
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Ein Faktor, der die Wiedersterilisierung der Motoranordnung verhindert, ist das Schmierfett an dem Getriebezug. Durch die Fertigung des Getriebezugs aus Kunststoffteilen, kann der Getriebezug ohne zusätzliches Schmierfett oder Schmieröl selbst bei umfangreichen chirurgischen Eingriffen zuverlässig arbeiten und ist dennoch preiswert genug, um wegwerfbar zu sein. Für wiederverwendbare chirurgische Instrumente, die zum Beispiel in einem Autoklaven sterilisiert werden müssen, können Festschmierstoffe und/oder selbstschmierende Kunststoffe für den Getriebezug einschließlich des ausgangsseitigen Lagers 30 verwendet werden. Das ausgangsseitige Lager kann als integraler Teil der Abdeckung gebildet sein oder es kann als monolithisches Formteil durch die Abdeckung gebildet sein.
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Die Abdeckung 42 ist vorzugsweise durch eine Presspassung eines Endes des festgelegten Hohlrads in dem offenen Ende der Abdeckung an dem festgelegten Hohlrad 50 befestigt. Anstelle der Presspassung oder zur Festigung der Presspassung kann eine Klebung beispielsweise durch einen Klebstoff verwendet werden. Eine Nut-und-Feder-Verbindung zwischen dem festgelegten Hohlrad macht die Verbindung beständig gegen Drehkräfte, die sich während der Benutzung des Instruments zwischen dem festgelegten Hohlrad und der Abdeckung entwickeln.
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Das festgelegte Hohlrad ist durch eine Montagebasis 60 an dem Motorgehäuse 26 befestigt. Die Verbindung zwischen dem festgelegten Hohlrad 50 und der Montagebasis 60 muss ebenfalls Drehkräften standhalten, die sich zwischen der Basis und dem festgelegten Hohlrad entwickeln. Die Basis hat Nuten (nicht gezeigt), in die sich Finger 52 hinein erstrecken, die an einem Ende des festgelegten Hohlrads gebildet sind. Diese Finger und Nuten verhindern, dass sich das festgelegte Hohlrad relativ zu der Basis um die Achse dreht. Die Basis hat Öffnungen 62, die mit Verriegelungsnasen 54 zusammenpassen, die an dem festgelegten Hohlrad gebildet sind, vorzugsweise an den oder in der Nähe der Finger 52. Dies sorgt für eine Schnappverbindung, bei der das festgelegte Hohlrad in die Basis gedrückt und mit der Basis durch Schultern der Verriegelungsnasen zusammengehalten wird, die an der Wand der Öffnungen 62 angreifen.
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Die Planetenräder sind durch Zapfen 45, die eine Drehung der Planetenräder ermöglichen, während die Träger weiterhin angetrieben werden, an dem entsprechenden Träger drehbar montiert. Bei der Montage wird das bewegliche Hohlrad 44 innerhalb der Abdeckung 42 in Anordnung gebracht, bevor die Abdeckung 42 mit dem festgelegten Hohlrad 50 zusammengesetzt wird. Die Ausgangswelle wird an dem Träger 48d befestigt, dessen Planetenräder 46d an Zapfen 45 montiert sind, und wird an dem ausgangseitigen Lager 30 an der Abdeckung 42 montiert. Die Planetenräder 46d werden mit dem beweglichen Hohlrad 44 in Eingriff gebracht. Der Träger 48c mit dem Sonnenrad 47d und den Planetenrädern 46c wird innerhalb der Abdeckung angeordnet, wobei das Sonnenrad 47d mit den Planetenrädern 46d kämmt und die Planetenräder 46c mit dem festgelegten Hohlrad kämmen. Der Träger 48b mit dem Sonnenrad 47c und die Planetenräder 46b werden in dem festgelegten Hohlrad angeordnet, wobei das Sonnenrad 47c mit den Planetenrädern 46c kämmt und die Planetenräder 46b mit dem feststehenden Hohlrad kämmen. Der Träger 48a mit dem Sonnenrad 47b und den Planetenrädern 46a wird in dem festgelegten Hohlrad angeordnet, wobei das Sonnenrad 47b mit den Planetenrädern 46b kämmt und die Planetenräder 46a mit dem festgelegten Hohlrad kämmen.
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Die Montagebasis 60 ist durch Schrauben 64 oder dergleichen an dem Motorgehäuse 26 befestigt, um die Basis an dem Motor 20 festzulegen. Das Sonnenrad 47a ist an dem Ende der Motorwelle 22 befestigt. Während das festgelegte Hohlrad in die Basis gedrückt wird, um das festgelegte Hohlrad über die Basis an dem Motor zu verriegeln, geführt durch die Finger an dem festgelegten Hohlrad und die Nuten in der Basis und dort durch die Verriegelungsnasen 54 und die Schlitzöffnungen 62 verriegelt, wird das Sonnenrad 47a mit den Planetenrädern 46a in Eingriff gebracht, und die Montage ist komplett. Der Motor hat Motorklemmen 24 für seinen Anschluss an eine Stromquelle. Wie in 4 dargestellt ist, ist der Motor vorzugsweise ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor, der die Versorgung der Motoranordnung durch eine Batterie erlaubt, was die Attraktivität als Wegwerfgegenstand fördert und wodurch das chirurgische Instrument unabhängig sein kann.
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Verben wir ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind und der Schutzrahmen der Erfindung somit durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Zum Beispiel kann die Verriegelung, die eine Bewegung des beweglichen Hohlrads 44 relativ zu der Abdeckung 42 verhindert, eine andere Einrichtung sein. Es sind beispielsweise Ausnehmungen an einer der Innenfläche der Abdeckung 42 und der Außenfläche des Hohlrads 44 gebildet, und Vorsprünge sind an der jeweils anderen der Innenfläche der Abdeckung 42 und der Außenfläche des Hohlrads 44 gebildet. Wenn die Vorsprünge in den Ausnehmungen sitzen, wird das Hohlrad 44 an einer Drehung relativ zu der Abdeckung 42 gehindert.
