DE102016005785A1

DE102016005785A1 - Tragarmsystem mit zumindest einer arretierbaren gelenkigen Verbindung und Verfahren zum Betrieb eines solchen Tragarmsystems

Info

Publication number: DE102016005785A1
Application number: DE102016005785.8A
Authority: DE
Inventors: Dhafir JADER; Nils CHRISTIANSEN; Stanislav ASKULSKIJ
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-05-14
Also published as: DE102016005785B4; FR3051242B1; FR3051242A1; CN107366810B; US20170326738A1; US10335961B2; CN107366810A

Abstract

Die Erfindung ist ein Tragarmsystem (10) mit zumindest einer arretierbaren gelenkigen Verbindung (16), einer der gelenkigen Verbindung (16) zugeordneten Arretierungsvorrichtung (20) mit einem passiven Antrieb (32) sowie einer der Arretierungsvorrichtung (20) zugeordneten Betätigungsvorrichtung (36) mit einem aktiven Antrieb (38), wobei der aktive Antrieb (38) in gleicher Ebene wie der passive Antrieb (32) wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tragarmsystem mit zumindest einer arretierbaren gelenkigen Verbindung und im Weiteren ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Tragarmsystems.
Tragarmsysteme sind an sich bekannt. Bei einer Benutzung im medizinischen Bereich wird ein Tragarmsystem zum Beispiel zur flexiblen Positionierung eines Medizingeräts oder dergleichen im Raum verwendet. Das Tragarmsystem umfasst dafür zumindest eine gelenkige Verbindung, nämlich eine gelenkige Verbindung in Form eines rotatorischen Gelenks. Abhängig von einer konkreten Ausführungsform und einem jeweiligen Anwendungsfall kann das Tragarmsystem mehrere derartige Gelenke aufweisen. Zumindest ein rotatorisches Gelenk weist das Tragarmsystem entweder zwischen einem zum Beispiel an einer Gebäudewand befestigten und horizontal oder im Wesentlichen horizontal orientierten Ausleger sowie einem Armsegment oder zwischen einer von einer Bodenfläche aufragenden oder einer an einer Geschossdecke hängend angebrachten und vertikal oder im Wesentlichen vertikal orientierten Stütze sowie einem Armsegment auf. Das Armsegment ist aufgrund der gelenkigen Anbringung an einem Ausleger, einer Stütze oder dergleichen – im Folgenden zusammenfassend als Basissegment bezeichnet – in einer horizontalen oder zumindest im Wesentlichen horizontalen Ebene relativ zu dem Basissegment schwenkbar beweglich. An das bewegliche Armsegment können sich weitere, ebenso bewegliche Armsegmente anschließen, welche entlang einer insoweit resultierenden kinematischen Kette jeweils mit dem vorangehenden Armsegment gelenkig verbunden sind.
Ein derartiges Tragarmsystem ist grundsätzlich aus der US 2011/303499 A1 bekannt. Bekannt ist aus diesem Dokument auch bereits eine Arretierbarkeit der gelenkigen Verbindung zwischen einem Basissegment und einem daran anschließenden Armsegment.
Mittels einer derartigen Arretierbarkeit lässt sich eine bestimmte Position einer von dem Tragarmsystem getragenen medizinischen Vorrichtung im Raum fixieren. Zum Verändern dieser Position wird die Arretierung gelöst und das zumindest eine Armsegment des Tragarmsystems neu orientiert. Anschließend wird die Arretierung wieder aktiviert und das Tragarmsystem ist in der resultierenden neuen Konfiguration fixiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von der aus der US 2011/303499 A1 bekannten Vorrichtung zur Arretierung einer gelenkigen Verbindung eines Tragarmsystems darin, eine weitere Ausführungsform eines Tragarmsystems mit zumindest einer arretierbaren gelenkigen Verbindung anzugeben, insbesondere eine solche Ausführungsform, bei welcher die Arretierbarkeit der gelenkigen Verbindung vergleichsweise einfach ausgeführt ist und die sich demgemäß preiswert realisieren lässt und im Betrieb wartungsarm ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Tragarmsystems der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Tragarmsystem mit zumindest einer arretierbaren gelenkigen Verbindung (Gelenk), wobei der gelenkigen Verbindung eine Arretierungsvorrichtung mit einem passiven Antrieb zugeordnet ist und wobei der Arretierungsvorrichtung eine Betätigungsvorrichtung mit einem aktiven Antrieb zugeordnet ist, vorgesehen, dass der aktive Antrieb in gleicher Ebene wie der passive Antrieb auf die Arretierungsvorrichtung wirkt, insbesondere auf zumindest einen von der Arretierungsvorrichtung umfassten Bremsbackenhebel.
Der Vorteil des hier vorgeschlagenen Tragarmsystems besteht darin, dass der in gleicher Ebene wie der passive Antrieb wirkende aktive Antrieb eine besonders einfache und wartungsfreundliche Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung darstellt. Die Betätigungsvorrichtung benötigt nur wenige Teile, ist damit vergleichsweise preiswert und lässt sich platzsparend realisieren.
Bei der eingangs genannten US 2011/303499 A1 wirkt die dort als passiver Antrieb fungierende Zugfeder in einer ersten Ebene, während der aktive Antrieb zur elektromagnetischen Bewegung eines zum Lösen der Arretierung bestimmten Stößels in einer dazu senkrechten Ebene wirkt. Zur Umlenkung der Richtung der Kraftwirkung sind nicht nur eine spezielle Form des Stößels, sondern auch vermittelnd wirkende Kugeln zwischen Stößel und Bremsbacken notwendig.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Tragarmsystems besteht darin, dass weder für die Arretierung der gelenkigen Verbindung noch für das Lösen der Arretierung Druckluft erforderlich ist. Als Arretierungsvorrichtung fungierende Druckluftbremsen sind bekannt, erfordern jedoch zwangsläufig die Verfügbarkeit von Druckluft. Weil von einer allgemeinen Verfügbarkeit von Druckluft selbst im medizinischen Bereich nicht ausgegangen werden kann, ist die diesbezügliche Unabhängigkeit des hier vorgeschlagenen Tragarmsystems ein Vorteil.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin und sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das Tragarmsystem auch gemäß der Merkmale des Verfahrens zu dessen Verwendung fortgebildet sein kann, insbesondere derart, dass das Tragarmsystem Mittel zum Ausführen der jeweiligen Ausführungsform des Verfahrens und der davon umfassten Verfahrensschritte umfasst. Genauso kann das Verfahren zum Betrieb des Tragarmsystems entsprechend der Funktionalität der gegenständlichen Aspekte des Tragarmsystems fortgebildet sein.
Bei einer Ausführungsform des Tragarmsystems umfasst die Arretierungsvorrichtung zumindest einen Bremsbackenhebel, insbesondere zwei Bremsbackenhebel, wobei der aktive Antrieb unmittelbar auf den mindestens einen Bremsbackenhebel wirkt. Eine Ausführungsform, bei welcher der oder jeder aktive Antrieb unmittelbar auf den mindestens einen Bremsbackenhebel wirkt, vermeidet ansonsten notwendige vermittelnd (kraftübertragend) wirkende Zwischenstücke, zum Beispiel Kugeln, wie sie bei der US 2011/303499 A1 vorgesehen sind, welche dazu führen, dass der aktive Antrieb nur mittelbar auf die Bremsbacken wirkt.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Tragarmsystems wirken der aktive Antrieb und der passive Antrieb der Betätigungsvorrichtung nicht nur in gleicher Ebene, sondern auch entlang einer gemeinsamen Achse auf die Arretierungsvorrichtung, insbesondere auf den zumindest einen davon umfassten Bremsbackenhebel. Die Wirkung des aktiven und des passiven Antriebs in derselben Ebene konzentriert die davon umfassten Bauteile in dieser Ebene und um diese Ebene. Die Wirkung entlang einer gemeinsamen Achse konzentriert diese Bauteile zusätzlich im Bereich dieser Achse. Auf diese Weise resultiert eine nochmals weiter kompaktierte Bauform.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Tragarmsystems fungiert als aktiver Antrieb zumindest ein einem freien Ende eines Bremsbackenhebels zugeordneter Elektromagnet. Der jeweilige Bremsbackenhebel ist entsprechend aus einem ferromagnetischen Material gefertigt oder an seinem freien Ende mit einem ferromagnetischen Material versehen, zum Beispiel in Form eines am Bremsbackenhebel angebrachten Kerns des Elektromagneten, welcher axial zu einer Spule des Elektromagneten beweglich ist. Im bestromten Zustand erzeugt ein Elektromagnet bekanntlich ein Magnetfeld. Das freie, der schwenkbeweglich angelenkten Seite gegenüberliegende Ende des Bremsbackenhebels wird aufgrund der Wirkung des Magnetfelds verschwenkt und das Verschwenken bewirkt, dass eine ansonsten gegebene, die gelenkige Verbindung arretierende Bremswirkung aufgehoben wird und schließlich aufgehoben ist. Alternativ kommt als aktiver Antrieb auch ein Elektromotor in Betracht, der zum Beispiel eine am freien Ende des Bremsbackenhebels angreifende Spindelmechanik antreibt oder mittels eines angetriebenen Ritzels in eine am freien Ende des Bremsbackenhebels angreifende Zahnstange eingreift.
Bei einer nochmals weiteren Ausführungsform des Tragarmsystems fungieren als aktiver Antrieb zwei gemeinsam einer Arretierungsvorrichtung zugeordnete Elektromagnete, wobei jeder Elektromagnet jeweils einem der beiden Bremsbackenhebel der Arretierungsvorrichtung zugeordnet ist. Bei einer solchen Ausführungsform ist jeder der beiden Bremsbackenhebel einer arretierbaren gelenkigen Verbindung mittels eines Elektromagneten zum Aufheben der ansonsten resultierenden Bremswirkung auslenkbar. Für die Arretierungsvorrichtung werden außer den schwenkbeweglichen Bremsbacken hebeln selbst keine beweglichen Teile benötigt. Speziell werden auch keine beweglichen Teile benötigt, wie sie ansonsten bei nur einem Elektromagneten notwendig wären, um zum Beispiel eine mittels des Elektromagneten ausgelöste Schwenkbewegung eines der beiden Bremsbackenhebel auch auf den jeweils anderen Bremsbackenhebel zu übertragen.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform des Tragarmsystems fungiert als passiver Antrieb zumindest eine einem freien Ende eines Bremsbackenhebels zugeordnete Druckfeder. Eine Druckfeder zeichnet sich durch eine vergleichsweise große Federkraft bei sehr geringer Größe aus. Die Verwendung einer Druckfeder als passiver Antrieb zum Bewirken der Bremswirkung durch Betätigung des Bremsbackenhebels – oder optional zweier Druckfedern zum Betätigen jeweils eines Bremsbackenhebels – trägt also weiter zu einer kleinen Bauform der Betätigungsvorrichtung der Arretierungsvorrichtung bei.
Bei einer nochmals weiteren Ausführungsform des Tragarmsystems umgibt eine als passiver Antrieb fungierende Druckfeder konzentrisch und zumindest abschnittsweise einen Kern eines als aktiver Antrieb fungierenden Elektromagneten. Diese koaxiale Anordnung von Druckfeder und Kern des Elektromagneten ist ein Beispiel für eine Ausführungsform, bei welcher der aktive Antrieb und der passive Antrieb der Betätigungsvorrichtung nicht nur in gleicher Ebene, sondern auch entlang einer gemeinsamen Achse auf die Arretierungsvorrichtung, insbesondere den zumindest einen davon umfassten Bremsbackenhebel, wirken. Die den Kern konzentrisch umgebende Druckfeder führt zu keiner Vergrößerung der Bauform der Betätigungsvorrichtung, wenn die Druckfeder zum Beispiel einseitig an einer Stirnseite des Elektromagneten anliegt und auf der gegenüberliegenden Seite mittelbar oder unmittelbar am freien Ende des Bremsbackenhebels angreift.
Schließlich ist bei einer speziellen Ausführungsform des Tragarmsystems vorgesehen, dass die Arretierungsvorrichtung zwei Bremsbackenhebel mit einander zugewandten Bremsbelägen umfasst, wobei jeweils ein aktiver Antrieb unmittelbar auf einen der beiden Bremsbackenhebel wirkt. Zwei Bremsbackenhebel führen im Vergleich zu einem einzelnen Bremsbackenhebel zu einer erhöhten Bremswirkung und damit zu einer noch besseren Arretierung der gelenkigen Verbindung. Indem jeweils ein aktiver Antrieb, insbesondere jeweils ein aktiver und ein passiver Antrieb, an einem Bremsbackenhebel angreifen, ist jeder Bremsbackenhebel einzeln zum Herstellen und zum Aufheben der Bremswirkung betätigbar. Ein jedem Bremsbackenhebel zugeordneter aktiver Antrieb vermeidet eine Umlenkmechanik oder dergleichen, wie sie erforderlich wäre, wenn ein einzelner aktiver Antrieb direkt an einem Bremsbackenhebel und mittels der Umlenkmechanik indirekt am anderen Bremsbackenhebel angreifen würde.
Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Tragarmsystems der hier und im Folgenden beschriebenen Art wird auf eine Betätigung eines Bedienelements ein Steuersignal zur Ansteuerung eines Schaltelements erzeugt und mittels des Schaltelements der aktive Antrieb der Betätigungsvorrichtung aktiviert. Mittels des Bedienelements kann ein Verwender des Tragarmsystems demnach die Arretierung der gelenkigen Verbindung oder einer von mehreren gelenkigen Verbindungen des Tragarmsystems deaktivieren.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf eine Betätigung des Bedienelements ein Eingangssignal erzeugt, welches von einer Steuerungseinheit verarbeitet wird und welche auf das Eingangssignal das Steuersignal oder zumindest ein Steuersignal zur Ansteuerung eines Schaltelements erzeugt. Die Verwendung einer das Eingangssignal verarbeitenden und zumindest ein Steuersignal erzeugenden Steuerungseinheit hat den Vorteil, dass eine zum Beispiel durch ein von der Steuerungseinheit ausgeführtes Steuerungsprogramm vorgegebene Verarbeitung des Eingangssignals und/oder Erzeugung des Steuersignals möglich ist.
Auf Basis einer solchen Verarbeitung kann zum Beispiel bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens eine gruppenweise Ansteuerung der jeweiligen Betätigungsvorrichtungen eines Tragarmsystems mit mehreren gelenkigen Verbindungen erfolgen. Damit ist zum Beispiel das gleichzeitige Lösen der Arretierung aller gelenkigen Verbindungen des Tragarmsystems möglich. Bei einem entsprechenden Verfahren erzeugt die Steuerungseinheit auf genau ein Eingangssignal von genau einem Bedienelement eine Mehrzahl von Steuersignalen für eine Mehrzahl von Schaltelementen, wobei jedes Schaltelement aus der Mehrzahl von Schaltelementen die jeweilige Betätigungsvorrichtung einer von mehreren gelenkigen Verbindungen des Tragarmsystems aktiviert, insbesondere den aktiven Antrieb der jeweiligen Betätigungsvorrichtung aktiviert. Ein Tragarmsystem, das zum Beispiel eine Steuerungseinheit mit einem davon ausgeführten Steuerungsprogramm als Mittel zur Ausführung eines solchen Verfahrens aufweist, kann eine Mehrzahl von Bedienelementen und darunter einzelne Bedienelemente aufweisen, mittels derer jeweils die Arretierung genau einer gelenkigen Verbindung lösbar ist, sowie ein Bedienelement, mittels dessen die Arretierung aller gelenkigen Verbindungen lösbar ist und/oder ein oder mehrere Bedienelemente, mittels derer jeweils die Arretierung einer Gruppe von gelenkigen Verbindungen lösbar ist.
Die Erfindung ist damit auch ein Tragarmsystem mit Mitteln zur Ausführung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens zum Betrieb eines Tragarmsystems. Als Mittel zur Ausführung des Verfahrens fungieren zum Beispiel eine Steuerungseinheit mit einem Speicher, einem in den Speicher geladenen und als Steuerungsprogramm fungierenden Computerprogramm sowie einer Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors zur Ausführung des Steuerungsprogramms.
Insgesamt ist die Erfindung auch ein medizinisches Gerät mit einem Tragarmsystem der hier und im Folgenden beschriebenen Art. Ein medizinisches Gerät mit einem solchen Tragarmsystem profitiert von den oben beschriebenen Vorteilen und kann zum Beispiel ein oder mehrere Bedienelemente zum Lösen der Arretierung umfassen, so dass die Bedienung des Tragarmsystems und die Bedienung des medizinischen Geräts an einem Ort zusammengefasst sind.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand führen.
Es zeigen
1 ein Detail eines Tragarmsystems in einer Seitenansicht,
2 Mittel zur Arretierung einer gelenkigen Verbindung des Tragarmsystems gemäß 1,
3 ein Detail des Tragarmsystems in einer perspektivischen Ansicht,
4 eine Ausschnittsvergrößerung der Darstellung in 2 und
5 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Steuerung eines Tragarmsystems gemäß 1 bis 4.
Die Darstellung in 1 zeigt in schematisch vereinfachter Weise ein Detail eines Tragarmsystems 10. In der Darstellung gezeigt sind dabei ein zum Beispiel an einer Gebäudewand fixierter Ausleger 12 und ein mit dem Ausleger 12 gelenkig verbundenes Armsegment 14. Ein zu diesem Zweck zwischen dem Ausleger 12 und dem Armsegment 14 befindliches Gelenk 16 (gelenkige Verbindung 16) erlaubt in einer horizontalen Ebene eine rotatorische Bewegung der Armsegments 14 relativ zu dem Ausleger 12. Das in 1 gezeigte Detail des Tragarmsystems 10 entspricht im Übrigen auch den Verhältnissen zwischen zwei Armsegmenten 14. Die als Ausleger 12 bezeichnete Komponente ist dann selbst ein rotatorisch bewegliches Armsegment 14.
Das Tragarmsystem 10 kann demnach je nach Ausführungsform oder Anwendungsfall ein oder mehrere Armsegmente 14 umfassen. Ausgehend von einem fixierten Basissegment, zum Beispiel einem als Basissegment fungierenden und an einer Gebäudewand horizontal oder zumindest im Wesentlichen horizontal angebrachten Ausleger 12, ergibt sich entlang des oder jedes damit unmittelbar oder mittelbar verbundenen Armsegments 14 eine kinematische Kette und am Ende der kinematischen Kette, also am freien Ende des „letzten” Armsegments 14, befindet sich in üblicher Art und Weise ein mittels des Tragarmsystems 10 frei im Raum positionierbares medizinisches oder labortechnisches Gerät (nicht gezeigt) oder eine sonstige Einrichtung.
Auf Einzelheiten des Gelenks 16, mittels dessen die rotatorische Beweglichkeit des Armsegments 14 relativ zu einem vorangehenden Ausleger 12, einer Stütze oder dergleichen oder relativ zu einem vorangehenden Armsegment 14 realisiert ist, wird im Folgenden nur insoweit eingegangen, wie dies im Zusammenhang mit der hier im Vordergrund stehenden Arretierbarkeit des Gelenks 16 von Bedeutung ist. Ausführungsmöglichkeiten zur Realisierung des Gelenks 16 sind im Stand der Technik bekannt. Insoweit kann auf das Tragarmsystem der eingangs genannten US 2011/303499 A1 oder die bisherigen Tragarmsysteme der Anmelderin und die dort verwendeten Gelenke verwiesen werden.
Die Darstellung in 2 zeigt eine Ausführungsform einer im Folgenden auch als Arretierungsvorrichtung 20 bezeichneten Vorrichtung zur Arretierung einer gelenkigen Verbindung 16 in einem Tragarmsystem 10 der in 1 dargestellten Art. Die Arretierungsvorrichtung 20 umfasst einen als Aufnahmeplattform fungierenden Träger 22. An dem Träger 22 sind bei der gezeigten Ausführungsform zwei schwenkbewegliche Bremsbackenhebel 24 angebracht. Die Schwenkbeweglichkeit ist bei der gezeigten Ausführungsform mittels zweier auf dem Träger 22 senkrecht stehender Lagerbolzen 26 realisiert, welche jeweils eine Schwenkachse für die Bremsbackenhebel 24 definieren. Die Bremsbackenhebel 24 weisen in an sich bekannter Art und Weise auf einander zugewandten Innenflächen Bremsbeläge 28 auf.
Zum Arretieren der gelenkigen Verbindung 16 werden die Bremsbackenhebel 24 derart bewegt, dass deren Bremsbeläge 28 in Kontakt mit einem Abschnitt einer Außenoberfläche eines als Achse 30 (3) des Gelenks 16 fungierenden Rohrs kommen. Für eine derartige Bewegung ist zumindest ein Federelement 32 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Federelemente 32 in Form von Druckfedern 34 gezeigt, die jeweils auf einen der Bremsbackenhebel 24 wirken. Alternativ kommt als Federelement 32 auch zumindest eine zumindest mittelbar an beiden Bremsbackenhebeln 24 angreifende Zugfeder in Betracht. Das oder jedes als passiver Antrieb 32 fungierende Federelement 32 ist dazu bestimmt, die Bremsbeläge 28 der Bremsbackenhebel 24 an die Außenoberfläche der Achse 30 zu pressen und die gelenkige Verbindung 16 auf diese Weise zu arretieren. Der passive Antrieb 32, insbesondere das oder jedes als passiver Antrieb 32 fungierende Federelement 32, übt damit innerhalb der Arretierungsvorrichtung 20 eine im Folgenden als Haltekraft bezeichnete Kraft auf die Bremsbackenhebel 24 aus. Die Haltekraft wirkt in einer Ebene quer zur Längsachse der Achse 30, also in einer Ebene quer zur Rotationsachse des jeweiligen Armsegments 14. Ohne eine weitere Kraft, welche die arretierende Funktion der Bremsbackenhebel 24 aufhebt, ist die gelenkige Verbindung 16 stets arretiert. Zum Aufheben der Arretierung ist eine von der Arretierungsvorrichtung 20 umfasste Betätigungsvorrichtung 36 vorgesehen, welche zumindest einen als aktiver Antrieb 38 fungierenden Aktor 38 umfasst. Die Unterscheidung zwischen dem oder jedem als passiver Antrieb 32 fungierenden Federelement 32, zum Beispiel zwei Druckfedern 34 oder einer Zugfeder, und dem als aktiver Antrieb 38 fungierenden zumindest einen Aktor 38 soll unterstreichen, dass der passive Antrieb 32 auch ohne äußere Signal- und Energiezufuhr wirksam ist, so dass sich bei einem Ausfall der Energieversorgung selbsttätig eine Arretierung der gelenkigen Verbindung 16 ergibt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedem Bremsbackenhebel 24 als aktiver Antrieb 38 jeweils ein Aktor 38 in Form eines Elektromagneten 40 zugeordnet. Die Bremsbackenhebel 24 werden bei einer Aktivierung der als Aktoren 38 fungierenden Elektromagnete 40 gegen die Haltekraft, insbesondere die Federkraft der Federelemente 32, verschwenkt, nämlich derart verschwenkt, dass die Bremsbeläge 28 von der Außenoberfläche der Achse 30 abgehoben werden, so dass die zuvor bestehende Arretierung der gelenkigen Verbindung 16 aufgehoben wird. Der oder jeder Aktor 38 übt also innerhalb der Arretierungsvorrichtung 20 eine der Haltekraft entgegenwirkende Kraft auf die Bremsbackenhebel 24 aus. Diese entgegenwirkende Kraft wird zur Unterscheidung als Lösekraft bezeichnet. Die Lösekraft wirkt in derselben Ebene wie die Haltekraft, also in einer Ebene quer zur Rotationsachse des jeweiligen Armsegments 14. Sobald die Aktivierung der Aktoren 38 mittels eines entsprechenden Steuersignals 50 (5) endet und die Lösekraft nicht mehr wirkt, werden die Bremsbackenhebel 24 aufgrund der Haltekraft, also insbesondere unter Federkrafteinfluss der Federelemente 32, wieder auf die Außenoberfläche der Achse 30 gepresst und die gelenkige Verbindung 16 ist erneut arretiert.
Die Aktivierung der Aktoren 38 erfolgt demgemäß immer dann, wenn ein Armsegment 14 verschwenkt werden soll. Wenn im Anschluss an das Verschwenken eine jeweils gewünschte Ziellage des Armsegments 14 erreicht ist, wird die Aktivierung der Aktoren 38 wieder beendet und damit die zuvor bewegliche gelenkige Verbindung 16 wieder arretiert.
Die Darstellung in 3 zeigt das Detail des Tragarmsystems 10 aus 1 in einer perspektivischen Ansicht und ohne das Armsegment 14. In dieser Darstellung ist das als Achse 30 fungierende und die Drehachse des Gelenks 16 und des anschließenden Armsegments 14 definierende Rohr erkennbar. Anhand der Stellung des Trägers 22 ist erkennbar, dass das nicht gezeigte Armsegment 14 bei dieser Konfiguration des Gelenks 16 im rechten Winkel zum Ausleger 12 steht.
Die weitere Beschreibung wird mit Bezug auf die Darstellung in 4 fortgesetzt. Diese zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der Darstellung in 2, nämlich einen der beiden Elektromagneten 40 und das Ende des Bremsbackenhebels 24, auf den dieser einwirkt. Dort ist im Vergleich zur Darstellung in 2 besser erkennbar, dass bei der exemplarisch gezeigten Ausführungsform die Druckfeder 34 abschnittsweise einen relativ zu einer Spule des Elektromagneten 40 beweglichen Kern 42 des Elektromagneten 40 umgibt. Der Kern 42 ist in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise im Innern der selbst nicht separat gezeigten zylindrischen Spule des Elektromagneten 40 axial beweglich und wie dies in der Darstellung in 4 angedeutet ist, fällt eine Mittellinie des Kerns 42 mit einer Mittellinie der Spule des Elektromagneten 40 zusammen oder zumindest im Wesentlichen zusammen. Der Kern 42 und die zylindermantelförmige Spule sind koaxial oder zumindest im Wesentlichen koaxial angeordnet.
Der Kern 42 wird beim Bestromen des Elektromagneten 40 relativ zur ortsfesten Spule axial verlagert. Die Druckfeder 34 umgibt den Kern 42 koaxial und liegt einseitig an einer Stirnfläche des Elektromagneten 40 an (an einer Stirnfläche von dessen Spule). Als gegenüberliegendes Widerlager fungiert beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine am Kern 42 angebrachte Scheibe 44. Der Kern 42 endet in einem Gewindestababschnitt 46, auf welchen mittels einer passenden Bohrung das freie Ende des Bremsbackenhebels 24 aufgesteckt ist. Zwei an dem Gewindestababschnitt 46 angebrachte Fixierelemente, hier zwei auf den Gewindestababschnitt 46 aufgeschraubte Muttern 48, fassen diesen – beim gezeigten Ausführungsbeispiel zusammen mit jeweils einer Scheibe – beidseitig ein. Mit dieser Verbindung des Kerns 42 mit dem Bremsbackenhebel 24 greift der als aktiver Antrieb 38 fungierende Elektromagnet 40 unmittelbar am Bremsbackenhebel 24 an. Im nicht bestromten Zustand des Elektromagneten 40 wird dessen Kern 42 mittels der Federkraft der Druckfeder 34 relativ zur Spule des Elektromagneten 40 so weit verlagert und mit diesem der Bremsbackenhebel 24 verschwenkt, bis der Bremsbelag 28 an der Außenoberfläche der Achse 30 anliegt und auf diese gepresst wird. Mittels der resultierenden Bremswirkung ist die jeweilige gelenkige Verbindung 16 arretiert.
Im bestromten Zustand wird der Kern 42 gegen die Federkraft der Druckfeder 34 in das Innere der Spule des Elektromagneten 40 gezogen, so dass ein Verschwenken des Bremsbackenhebels 24 und mit dem Verschwenken ein Abheben des Bremsbelags 28 von der Außenoberfläche der Achse 30 resultiert. Aufgrund der mit dem Lösen des Bremsbelags 28 von der Außenoberfläche der Achse 30 aufgehobenen Bremswirkung ist die gelenkige Verbindung 16 wieder frei beweglich.
Die Arretierungsvorrichtung 20 kann – wie gezeigt – zwei einzeln schwenkbewegliche Bremsbackenhebel 24, ein jedem Bremsbackenhebel 24 zugeordnetes Federelement 32 in Form einer Druckfeder 34 und einen jedem Bremsbackenhebel 24 zugeordneten Aktor 38 aufweisen. Alternativ kommt auch eine Arretierungsvorrichtung 20 in Betracht, welche anstelle zweier Bremsbackenhebel 24 nur einen schwenkbeweglichen Bremsbackenhebel 24 und entsprechend ein diesem zugeordnetes Federelement 32 in Form einer Druckfeder 34 sowie einen dem Bremsbackenhebel 24 zugeordneten Aktor 38 aufweist. Die Ausführung der Arretierungsvorrichtung 20 mit einer Druckfeder 34 als Federelement 32 erlaubt – anders als zum Beispiel eine an zwei einander gegenüberliegend angeordneten Bremsbackenhebeln 24 angreifende Zugfeder – sowohl eine paarige wie auch eine einfache Anordnung von Bremsbackenhebel 24, Federelement 32 und Aktor 38. Die bei der gezeigten Ausführungsform gegebene räumliche Kombination von Federelement 32 und Aktor 38 und die Wirkung der jeweils ausgeübten Halte- bzw. Lösekraft entlang einer gemeinsamen Achse (die Achse ist in der Darstellung in 3 gezeigt) gewährleistet zudem im Vergleich zu einer Lösung, bei welcher die Druckfeder 34 – kurz gefasst – neben dem Elektromagnet 40 in einer einseitig fixierten und gegenüberliegend am Bremsbackenhebel 24 angreifenden Konfiguration platziert ist, einen äußerst Platz sparenden Aufbau. Alle Bauteile des passiven und aktiven Antriebs 32, 38 sind entlang der gemeinsamen Wirkachse konzentriert. Die Wirkung der jeweils ausgeübten Halte- bzw. Lösekraft entlang einer gemeinsamen Achse ist eine Sonderform der hier vorgeschlagenen allgemeineren Lösung, gemäß derer der aktive Antrieb 38 in gleicher Ebene wie der passive Antrieb 32 wirkt.
Die Darstellung in 1 zeigt bereits eine Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 36 mit Elektromagneten 40 als Aktoren 38 (erkennbar an der zylindrischen Form). Diese sind an dem mittels der gelenkigen Verbindung 16 beweglichen Armsegment 14 angebracht. Erkennbar ist dabei die aufgrund der Wirkung der Haltekraft und der Lösekraft in derselben Ebene mögliche flache Bauform der Arretierungsvorrichtung 20 mit der davon umfassten Betätigungsvorrichtung 36. Speziell die Betätigungsvorrichtung 36 kann im Falle einer Anbringung am Armsegment 14 von einem hier nicht gezeigten Gehäuse umgeben sein.
5 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung zur Veranschaulichung der Ansteuerung der Aktoren 38 einer gelenkigen Verbindung 16 und ggf. weiterer Aktoren 38 einer oder mehrerer weiterer gelenkiger Verbindungen 16 zwischen weiteren Armsegmenten 14. Die Ansteuerung des oder jedes Aktors 38 erfolgt mittels einer Steuerungseinheit 52. Die Funktion der Steuerungseinheit 52 wird zum Beispiel durch ein in Software implementiertes Steuerungsprogramm 54 bestimmt. Das Steuerungsprogramm 54 ist in einen Speicher der Steuerungseinheit 52 geladen und wird im Betrieb von einer Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors ausgeführt. Anstelle eines in Soft- oder Firmware implementierten Steuerungsprogramms 54 mit einer zu dessen Ausführung notwendigen Verarbeitungseinheit kommt auch eine Implementierung in Form eines ASICs, FPGA oder dergleichen in Betracht.
Beim Betrieb des Tragarmsystems 10 verarbeitet die Steuerungseinheit 52 zumindest ein von zumindest einem Bedienelement 56 erhältliches Eingangssignal 58. Durch eine Betätigung des Bedienelements 56 zeigt ein Verwender des Tragarmsystems 10 die Absicht an, die Position zumindest eines Armsegments 14 verändern zu wollen. Entsprechend generiert die Steuerungseinheit 52 unter Kontrolle des Steuerungsprogramms 54 auf den Erhalt eines solchen Eingangssignals 58 ein Steuersignal 50. Das Steuersignal 50 wirkt auf ein elektrisch oder elektronisch ansteuerbares und in der Darstellung nur symbolisch gezeigtes Schaltelement 60. Dessen Aktivierung bewirkt zum Beispiel ein Durchschalten einer Spannungsversorgung auf einen oder mehrere Aktoren 38. Bei einem oder mehreren jeweils als Aktor 38 fungierenden Elektromagnet 40 (in der Darstellung ebenfalls nur symbolisch gezeigt) bewirkt die Spannung über der davon umfassten Spule in an sich bekannter Art und Weise die Ausbildung eines Magnetfelds und das Magnetfeld bewirkt die Auslenkung jeweils eines Bremsbackenhebels 24 und damit das Lösen der Arretierung einer jeweiligen gelenkigen Verbindung 16 des Tragarmsystems 10.
Wie dies in der Darstellung in 5 exemplarisch angedeutet ist, kann vorgesehen sein, dass zwei jeweils zu einer gelenkigen Verbindung 16 gehörige Aktoren 38 paarweise derart zusammengeschaltet sind, dass eine Aktivierung eines einzelnen Schaltelements 60 die gleichzeitige Aktivierung jeweils paarweise zusammengehöriger Aktoren 38 bewirkt.
Bei einer Ausführungsform der Tragarmsystems 10 kann vorgesehen sein, dass mittels eines einzelnen Bedienelements 56 jeweils genau zwei Aktoren 38 aktivierbar sind, so dass mittels des jeweiligen Bedienelements 56 die Arretierung genau einer gelenkigen Verbindung 16 zeitweise aufgehoben werden kann. Bei einem Tragarmsystem 10 mit einer Mehrzahl von arretierbaren gelenkigen Verbindungen 16 ist demgemäß eine entsprechende Mehrzahl von Bedienelementen 56 vorgesehen, so dass die Steuerungseinheit 52 eine entsprechende Mehrzahl von Eingangssignalen 58 verarbeitet und auf jeweils ein Eingangssignal 58 ein Steuersignal 50 zur Aktivierung der jeweiligen Aktoren 38, insbesondere jeweils zweier paarweise zusammengeschalteter und zur selben gelenkigen Verbindung 16 gehöriger Aktoren 38, generiert. Dann kann die Arretierung jeder gelenkigen Verbindung 16 einzeln gelöst und bei Erreichen einer jeweils gewünschten Ziellage wieder hergestellt werden. Alternativ kann bei einem Tragarmsystem 10 mit einer Mehrzahl von arretierbaren gelenkigen Verbindungen 16 auch mittels genau eines Bedienelements 56 und aufgrund eines davon erhältlichen Eingangssignals 58 mittels der Steuerungseinheit 52 und unter Kontrolle des Steuerungsprogramms 54 eine Mehrzahl von Steuersignalen 50 erzeugt werden, so dass gleichzeitig eine Arretierung mehrerer oder aller von dem Tragarmsystem 10 umfasster gelenkiger Verbindungen 16 gelöst und bei Erreichen einer gewünschten Zielkonfiguration des Tragarmsystems 10 wieder hergestellt wird. Bei einer speziellen Ausführungsform des Tragarmsystems 10 kann vorgesehen sein, dass dieser ein oder mehrere Bedienelemente 56 zum Lösen der Arretierung jeweils genau einer gelenkigen Verbindung 16 und ein oder mehrere Bedienelemente 56 zum gleichzeitigen Lösen mehrerer oder aller gelenkigen Verbindungen 16 des Tragarmsystems 10 umfasst. Die obigen Ausführungen gelten entsprechen für gelenkige Verbindungen 16 bei denen zur Arretierung nur ein Bremshebel 24 vorgesehen ist, so dass zum Lösen der Arretierung die Ansteuerung jeweils eines Aktors 38 ausreicht.
Einzelne wesentliche Aspekte der hier vorgelegten Beschreibung lassen sich abschließend kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden ein Tragarmsystem 10 sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb, wobei das Tragarmsystem 10 zumindest eine arretierbare gelenkige Verbindung 16, eine der gelenkigen Verbindung 16 zugeordnete Arretierungsvorrichtung 20 mit einem passiven Antrieb 32 sowie eine der Arretierungsvorrichtung 20 zugeordnete Betätigungsvorrichtung 36 mit einem aktiven Antrieb 38 umfasst und wobei der aktive Antrieb 38 in gleicher Ebene wie der passive Antrieb 32 wirkt.
Bezugszeichenliste

10: Tragarmsystem
12: Ausleger
14: Armsegment
16: Gelenk/gelenkige Verbindung
18: (frei)
20: Arretierungsvorrichtung
22: Träger
24: Bremsbackenhebel
26: Lagerbolzen
28: Bremsbelag
30: Achse
32: passiver Antrieb/Federelement
34: Druckfeder
36: Betätigungsvorrichtung
38: aktiver Antrieb/Aktor
40: Elektromagnet
42: Kern
44: Scheibe
46: Gewindestababschnitt
48: Mutter
50: Steuersignal
52: Steuerungseinheit
54: Steuerungsprogramm
56: Bedienelement
58: Eingangssignal
60: Schaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/303499 A1 [0003, 0005, 0008, 0011, 0033]

Claims

Tragarmsystem (10) mit zumindest einer arretierbaren gelenkigen Verbindung (16), einer der gelenkigen Verbindung (16) zugeordneten Arretierungsvorrichtung (20) mit einem passiven Antrieb (32) sowie einer der Arretierungsvorrichtung (20) zugeordneten Betätigungsvorrichtung (36) mit einem aktiven Antrieb (38), dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Antrieb (38) in gleicher Ebene wie der passive Antrieb (32) wirkt.
Tragarmsystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Arretierungsvorrichtung (20) zumindest einen Bremsbackenhebel (24) umfasst und wobei der aktive Antrieb (38) unmittelbar auf den mindestens einen Bremsbackenhebel (24) wirkt.
Tragarmsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der passive Antrieb (32) und der aktive Antrieb (38) entlang einer gemeinsamen Achse wirken.
Tragarmsystem (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei als aktiver Antrieb (38) zumindest ein einem freien Ende eines Bremsbackenhebels (24) zugeordneter Elektromagnet (40) fungiert.
Tragarmsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als passiver Antrieb (32) zumindest eine einem freien Ende eines Bremsbackenhebels (24) zugeordnete Druckfeder (34) fungiert.
Tragarmsystem (10) nach Anspruch 4 und Anspruch 5, wobei eine als passiver Antrieb (32) fungierende Druckfeder (34) einen Kern (42) des als aktiver Antrieb (38) fungierenden Elektromagneten (40) abschnittsweise konzentrisch umgibt.
Tragarmsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Arretierungsvorrichtung (20) zwei Bremsbackenhebel (24) mit einander zugewandten Bremsbelägen (28) umfasst, wobei jeweils ein aktiver Antrieb (38) unmittelbar auf einen der beiden Bremsbackenhebel (24) wirkt.
Medizinisches Gerät mit einem Tragarmsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betrieb eines Tragarmsystems (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf eine Betätigung eines Bedienelements (56) ein Steuersignal (50) zur Ansteuerung eines Schaltelements (60) erzeugt wird und wobei mittels des Schaltelements (60) der aktive Antrieb (38) der Betätigungsvorrichtung (36) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei auf eine Betätigung des Bedienelements (56) ein Eingangssignal (58) erzeugt wird, welches von einer Steuerungseinheit (52) verarbeitet wird und welche auf das Eingangssignal (58) das Steuersignal (50) zur Ansteuerung eines Schaltelements (60) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Steuerungseinheit (52) auf ein Eingangssignal (58) von genau einem Bedienelement (56) eine Mehrzahl von Steuersignalen (50) für eine Mehrzahl von Schaltelementen (60) erzeugt und wobei jedes Schaltelement (60) aus der Mehrzahl von Schaltelementen (60) den jeweiligen aktiven Antrieb (38) der Betätigungsvorrichtung (36) einer von mehreren gelenkigen Verbindungen (16) des Tragarmsystems (10) aktiviert.