DE102018112682B4

DE102018112682B4 - Haltevorrichtung und Verfahren zum Arretieren der Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE102018112682B4
Application number: DE102018112682.4A
Authority: DE
Inventors: Sven Grüner; Jochen Stefan
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: US20190357993A1; GB2575714A; US20230200932A1; US11622833B2; FR3081318A1; GB201907142D0; GB2575714B; DE102018112682A1; US11826209B2

Abstract

Haltevorrichtung für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen umfassend:ein Gelenk (021) zwischen einem proximalen Haltesegment (001) und einem distalen Haltesegment (017);wobei in den Haltesegmenten (001, 017) jeweils wenigstens ein axial verschiebbares Schubelement (002, 016) angeordnet ist,wobei das Gelenk einen die Schwenk- und Spannachse definierenden Spannbolzen und Umlenkelemente aufweist, mittels derer eine zur Achse wirkende Schubkraft des wenigstens einen proximalen Schubelementes (002) zur Arretierung des Gelenkes (021) auf die Spannachse und zur Verschiebung des wenigstens einen distalen Schubelementes (016) umlenkbar ist, undwobei die Umlenkelemente wenigstens ein Rampensystem mit einem Keilkörper (008) umfassen.

Description

Technologischer Hintergrund
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung mit einem arretierbaren Gelenk zwischen zwei Haltesegmenten für medizinische Anwendungen, beispielsweise zum Halten oder Positionieren eines chirurgischen Instrumentes. Ferner betrifft die Erfindung ein Haltesystem mit der genannten Haltevorrichtung und ein Verfahren zum Arretieren und Lösen des Gelenkes der genannten Haltevorrichtung.
Ein oder mehrarmige Haltevorrichtungen oder Haltesysteme für medizinische Instrumente in passiver oder aktiver Führung sind bekannt. Dabei sind insbesondere in der minimalinvasiven chirurgische Eingriffe Haltevorrichtungen bzw. -systeme zur Instrumentenführung notwendig, um einen Operateur, Assistenten oder andere Bedienpersonen von ermüdender Haltearbeit zu entlasten. Derartige Haltevorrichtungen können eingesetzt werden, um ein chirurgisches Instrument wie einen Manipulator, optische Hilfsmittel wie ein Endoskop, eine Klemme oder dergleichen an seinem distalen Ende zu halten. Ferner können mit einer Haltevorrichtung auch mechatronische Assistenzsysteme kombiniert werden. Dabei ist es wichtig, dass angeschlossene Vorrichtungen bzw. Systeme einfach gehandhabt werden können und das Haltesystem einen störungsfreien Betrieb ermöglicht. Bei der Verwendung von Instrumenten ist es außerdem vorteilhaft dem Chirurg eine hohe Anzahl an Freiheitsgraden zur Verfügung zu stellen.
Eine manuell einstellbare Haltevorrichtung ist aus der CH 645 529 A5 bekannt, das zwei zueinander verschwenkbare Arme aufweist, die durch ein Zentralgelenk gelenkig verbunden sind. Die Arme können mit einem Spannorgan in Form eines Handhebels über verschiebbare Spannhülsen bzw. Büchsen am Zentralgelenk arretiert werden. Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist, dass zum Lösen und Arretieren des Haltesystems in der Regel zwei Hände notwendig sind. Der Kraftaufwand zum Spannen ist infolge der Reibungsverluste im Zentralgelenk vergleichsweise hoch. Daher besteht der Bedarf, den Wirkungsgrad im Kraftfluss durch Verminderung der Reibungsverluste zu erhöhen.
Neben den relativ hohen Reibungsverlusten ist ein weiterer Nachteil der manuell einstellbaren Haltevorrichtung gemäß CH 645 529 A5 , dass das Übertragungsverhältnis, d.h. in welchem Verhältnis Kraft und Weg umgesetzt werden, nur begrenzt durch den Austausch von Spannhülsen mit steileren Auflaufflächen verbessert werden kann. Es besteht nämlich das Problem, dass, wenn die Auflaufflächen einer Spannhülse zu steil gestaltet werden, sie bei Arretierung zu einer zu großen Selbsthemmung führen. Beispielsweise entsteht bei Winkeln über 70° eine so große Selbsthemmung, dass sich die Haltevorrichtung nach Arretierung nicht mehr lösen lässt.
Die Offenlegungsschrift WO 2016/160272 A1 lehrt ein medizinisches Haltesystem mit mehreren gelenkig verbundenen Armen. In einem der Arme kann eine Kraft erzeugt und über Schubstangen auf alle Gelenke übertragen werden. Auf diese Weise lassen sich alle Gelenke zentral verriegeln bzw. freigeben.
Die Patentanmeldung CN 105179895 A offenbart eine Anordnung mit zwei Gelenkarmen und drei Gelenken. Beim Verriegeln des zentralen Gelenks werden die beiden äußeren Gelenke auch verriegelt.
Aus der Patentschrift CH 608874 A5 ist ein Dreigelenk-Stativ mit zwei verbundenen Armen und einer zentralen Spannvorrichtung bekannt. Ausgehend von der zentralen Spannvorrichtung werden alle drei Gelenke verriegelt bzw. freigegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die genannten Nachteile zu überwinden und eine einfach zu bedienende Haltevorrichtung bereitzustellen, die ohne Handhebel oder Handschraube auf der Spannachse des Gelenkes der Haltevorrichtung arretiert bzw. gelöst werden kann. Die Haltevorrichtung sollte insbesondere durch Druck bzw. Krafteinleitung von proximaler Seite an einem offenen proximalen Arm- oder Haltesegment arretierbar sein.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad bei der Kraftumlenkung im Gelenk der Haltevorrichtung zu verbessern. Schließlich sollten Instrumente in einer gelösten Stellung der Haltevorrichtung weiterhin kontrollierbar sein und sich nicht nach dem Lösen bzw. Einnehmen der Lösestellung unvorhergesehen bewegen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Haltevorrichtung für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen bereitgestellt umfassend ein Gelenk zwischen einem proximalen Haltesegment und einem distalen Haltesegment; wobei in den Haltesegmenten jeweils wenigstens ein axial verschiebbares Schubelement angeordnet ist, wobei das Gelenk einen die Schwenk- und Spannachse definierenden Spannbolzen und Umlenkelemente aufweist, mittels derer eine zur Achse wirkende Schubkraft des proximalen Schubelementes zur Arretierung des Gelenkes auf die Spannachse und zur Verschiebung des distalen Schubelementes umlenkbar ist, und wobei die Umlenkelemente wenigstens ein Rampensystem mit einem Keilkörper umfassen.
Mit Hilfe der Umlenkelemente umfassend ein Rampensystem kann der Spannbolzen mittels Krafteinleitung von der proximalen Seite so verschoben werden, dass die Haltevorrichtung von einer gelösten Stellung bzw. Lösestellung in einer arretierten Stellung bzw. Arretierstellung gebracht werden kann. In der Lösestellung der Haltevorrichtung können die Haltesegmente so zueinander verschwenkt werden, dass ein distales Anschlussteil oder ein anschließbares Instrument in eine gewünschte Position gebracht wird. Anschließend kann mittels des Spannbolzens das Gelenk der Haltevorrichtung arretiert und damit die Haltesegmente in der eingestellten Position fixiert werden.
Das wenigstens eine axial verschiebbare proximale Schubelement dient bei dem Arretierungsvorgang zur proximalen Krafteinleitung, während das wenigstens eine axiale distale Schubelement zur distalen Kraftausleitung weg vom Gelenk d.h. auswärts verschiebbar ist. Die von der Spannachse um 90° in Richtung des distalen Schubelementes umgelenkte Kraft kann wiederum zur Fixierung oder Arretierung eines distalen Anschlussteiles oder Instrumentes genutzt werden und damit einen Operateur oder eine andere Bedienperson unterstützen.
Die Kraft kann vorteilhafterweise proximal über das proximale Schubelement eingeleitet werden, so dass eine manuelle Arretierung mittels Spannhebel am zentralen Gelenk der Haltevorrichtung nicht mehr notwendig ist.
Durch die Verwendung eines Rampensystems mit einem Keilkörper, der vorzugsweise beidseitig geneigte Keilflächen aufweist, können Reibungsverluste reduziert werden und der Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Kraftübertragungsmechanismen, die keine Keilkörper und keine Gleitkörper verwenden, bis um das Dreifache verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das wenigstens eine Rampensystem eine durch den Spannbolzen durchdrungene Grundplatte mit wenigstens einer Grundrampenfläche, und eine Gegenplatte, die fest mit dem Spannbolzen verbunden ist und wenigstens eine Gegenrampenfläche aufweist, wobei der mit Kraft beaufschlagte Keilkörper zwischen den Rampenflächen verschiebbar ist und ausgebildet ist, die Gegenplatte relativ zu der an einem Gehäuse des Gelenkes abgestützten Grundplatte zu bewegen und damit die Kraft um 90° umzulenken.
Der Spannbolzen durchdingt die Grundplatte und die wenigstens eine Rampenfläche der Grundplatte ist zu einer zuordenbaren Keilfläche des Keilkörpers gewandt. Diese Bauweise trägt zu einer Optimierung des Raumbedarfes des Rampensystems in dem zentralen Gelenk der Haltevorrichtung bei. Der Keilkörper ist bei seiner Verschiebung sowohl senkrecht zur Spannachse als auch axial zur Spannachse verschiebbar. Die Komponente des Verschiebeweges in axialer Richtung wird dabei durch die am Gehäuse abgestützte Grundplatte einseitig beschränkt, so dass die axiale Verschiebung von der Lösestellung in die Arretierstellung in Richtung bewegbare Gegenplatte erfolgt, um diese zusammen mit dem Spannbolzen zur Arretierung zu bewegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die senkrecht zur Spannachse gerichtete Komponente des Verschiebeweges des Keilkörpers zwischen der Lösestellung und der Arretierstellung durch die Länge eines zentralen Langloches des Keilkörpers definierbar.
Das Langloch bildet eine Durchgangsöffnung des Keilkörpers für den Spannbolzen, so dass der Keilkörper einen im Wesentlichen ovalen Hohlzylinder bildet, dessen Grundflächen bzw. Kreisringflächen jeweils ein oder zwei gegenüber liegende Keilflächen aufweisen. Das Langloch ist so ausgebildet, dass es eine Verschiebung des Keilkörpers sowohl senkrecht als auch axial zum Spannbolzen ermöglicht. Je nach Dimensionierung der Länge bzw. breite des Langloches kann die Verschiebebewegung des Keilkörpers 008 in Bezug auf den Spannbolzen 010 mit Spiel erfolgen oder zum Teil durch wenigstens eine Langlochwand geführt werden. Die Enden des Langloches des Keilkörpers können dabei eine Anschlagsfunktion und/oder eine Führungsfunktion übernehmen, um die Verschiebung senkrecht zur Spannachse zu begrenzen und/oder den Keilkörper entlang der Spannachse zu führen. Eine mögliche Reibung bei der Verschiebebewegung zwischen wenigstens einer der Langlochwände des Keilkörpers und dem Spannbolzen sollte durch die Ausbildung von verhältnismäßig kleinen Kontaktflächen gering gehalten werden, um eine reibungsarme seitliche Bewegung des Keilkörpers auf dem Spannbolzen zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung stehen wenigstens eine Grundrampenfläche und die wenigstens eine Gegenrampenfläche mit den zuordenbaren Keilflächen des Keilkörpers jeweils über wenigstens einen Gleitkörper im Eingriff miteinander.
Durch die zusätzliche Verwendung von Gleitkörpern kann die Reibung zwischen den jeweiligen zusammenwirkenden Gleitpartnern d.h. den Keilflächen und zuordenbaren Rampenflächen deutlich verringert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Gleitkörper Wälzkörper in Form von Kugeln, Zylinderrollen oder Tonnenrollen.
Auf diese Weise kann die Reibung zwischen den zusammenwirkenden Flächen auf ein möglichst geringes Maß reduziert werden. Besonders vorteilhaft sind hierbei Tonnenrollen, wobei die Mantelfläche jeweils konvex ausgebildet ist. Diese Tonnenrollen weisen nicht nur eine geringere Auflagefläche im Vergleich zu Zylinderrollen auf, sondern ermöglichen auch eine automatische Zentrierung auf gewölbt oder gekrümmt geformten Rampen- bzw. Keilflächen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Grundrampe und/oder die Gegenrampe jeweils zwei zumindest abschnittsweise zylindersegmentförmige Ausnehmungen auf, die jeweils eine zum jeweiligen Gleitkörper hin gekrümmte Laufbahnfläche als Rampenfläche aufweisen.
Auf diese Weise können für die Gleitkörper günstige geometrische Verhältnisse und automatische Zentrierflächen bereitgestellt werden, um einen reibungsarmen und zuverlässigen Betrieb des Rampensystems zu fördern. Nicht nur die Rampenflächen, sondern auch die mit diesen zusammenwirkenden Keilflächen sollten derart gekrümmte bzw. gewölbte Laufbahnen aufweisen, um ein reibungsarmes Aufeinandergleiten der Flächen zu ermöglichen. Die Verwendung von Gleit- oder Wälzkörper in gekrümmten bzw. gewölbten Laufbahnen der zusammenwirkenden Flächen können dabei im Vergleich zu herkömmlichen Linearlagern eine signifikante Reibungsreduktion erreichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Verschiebung des distalen Schubelementes zur reibschlüssigen Arretierung eines distalen Anschlussteiles und/oder eines medizinischen Instrumentes nutzbar.
Auf diese Weise kann über ein Anschlussteil oder direkt ein medizinische Instrument wie ein chirurgisches Instrument oder optische Hilfsmittel oder dergleichen mit der Haltevorrichtung gehalten werden. Um unterschiedlichen Anforderungen bei verschiedenen chirurgischen Szenarien gerecht zu werden, kann die Länge der Haltesegmente sowie die Haltekraft variiert werden. Dabei sind verhältnismäßig kurze Haltevorrichtungen von etwa 15 cm bis 20 cm Länge je Haltesegment vorzusehen, wenn relativ hohe Haltekräfte von wenigstens 3 kg, vorzugsweise 5 kg bereitgestellt werden sollen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das distale Anschlussteil ein Handgelenk, das mit einem Handgriff koppelbar ist, der wenigstens ein Betätigungselement aufweist, um das Gelenk wahlweise zu arretieren oder zu lösen.
Mit Hilfe eines distalen Handgriffes und insbesondere dem Betätigungselement kann der Operateur oder eine andere Bedienperson auf einfache Weise, d.h. mit nur einer Hand, die Arretierung bzw. Lösung der Haltevorrichtung veranlassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Gehäuse des Gelenkes zweiteilig ausgebildet und das Rampensystem ist in der proximalen und/oder distalen Gehäusehälfte angeordnet.
Das Rampensystem in der proximalen Seite des Gelenkgehäuses bereitzustellen, ist insbesondere vorteilhaft, wenn hohe Kräfte zur Arretierung des Zentralgelenkes notwendig sind. Die proximal eingeleitete Kraft kann bei dieser Anordnung des Rampensystems im Vergleich zu herkömmlichen Sperrmechanismen ohne Keilkörper ca. dreifach verstärkt werden und der Weg auf ein Drittel reduziert werden. Durch das Rampensystem können verhältnismäßig kurze Verschiebewege dazu führen, sehr hohe Klemm- bzw. Arretierungskräfte auf das Zentralgelenk zu leiten. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine Arretierung des Gelenkes zuverlässig erfolgt und beide Gehäusehälften mit einer hohen Kraft aufeinander gedrückt werden.
Je nach gewünschten Kraft-Weg-Verhältnissen kann alternativ oder zusätzlich zu der Anordnung in der proximalen Gehäusehälfte in der distalen Gehäusehälfte ein weiteres Rampensystem mit einem Keilkörper und Gleitkörpern angeordnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Haltesegmente über das Gelenk um einen Schwenkwinkel von maximal 340° gegeneinander verschwenkbar.
Die Drehung um die Gelenkhauptachse auf 340° zu begrenzen, ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Kabel von dem ersten zum zweiten Haltesegment geführt wird. Auf diese Weise können vorteilhaft technische Fehlfunktionen oder Abriss eines an die Haltevorrichtung angeschlossenen Kabels verhindert werden.
Die Begrenzung der Verschwenkbarkeit auf maximal 340° kann mittels eines Verdrehsicherungsstiftes und einer geeigneten Umfangsnut mit Anschlägen, die jeweils in einer Gehäusehälfte des zentralen Gelenkes der Haltevorrichtung angeordnet sind, realisiert werden. Die Anschläge sind als radial verlaufende Anschlagsflächen in der Umfangsnut oder jeweils am Ende einer teilringförmigen Umfangsnut gebildet und können den Drehwinkels auf die genannten 340° begrenzen, sodass sich ein Totwinkel von 20° ergibt. Dabei sind Totwinkel von wenigstens 20° vorzuziehen, da diese robuster herzustellen sind und sich daher vorteilhaft auf die Lebensdauer der Haltevorrichtung auswirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die Umlenkelemente ferner eine Rampenbuchse, die eine gekrümmte Rampenoberfläche für einen Gleitkörper aufweist, wobei die Rampenbuchse drehbar mit dem Spannbolzen verbunden ist und durch Verschiebung der Relativlage des Spannbolzens längs der Spannachse verschiebbar ist und über den Gleitkörper mit einem Schubelement zur Kraftumlenkung im Eingriff steht.
Auf diese Weise kann das Rampensystem mit einer Rampenbuchse kombiniert werden. Dies ist vorteilhaft wenn in einer Gehäusehälfte deutlich weniger Kraft als in der anderen Gehäusehälfte ein- bzw. ausgeleitet werden soll. Beispielsweise kann die Rampenbuchse in der distalen Gehäusehälfte angeordnet sein, wenn für die Klemmung eines distalen Anschlussteiles deutlich weniger Kraft benötigt wird, als für die Klemmung des Gelenkes der Haltevorrichtung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Schubelemente als ein- oder mehrteilige Schubstangen ausgebildet.
In anderen Worten die Schubelemente können entweder einstückig ausgebildet sein oder aus getrennten Teilen bestehen. Ein bzw. zwei Schubelemente dienen damit als Schubstangen oder sogenannte Druckstößel und können beispielsweise lose in die jeweiligen offenen Haltesegmente eingeschoben werden und können damit bei Bedarf einfach ausgetauscht werden. Die einzelnen Schubelemente sowie die übrigen Teile der Haltevorrichtung sind für die maschinelle Reinigung sowie Desinfektion sowie Dampfsterilisation im Autoklaven geeignet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das mit dem Gleitkörper der Rampenbuchse zusammenwirkende Schubstangenende eine Rampenoberfläche auf.
Vorzugsweise weist das gelenknahe Ende der distalen Schubstange eine Rampenfläche auf, durch deren Winkel zusammen mit dem Winkel der Rampenbuchse bestimmt werden kann, in welchem Verhältnis Kraft und Weg umgesetzt werden. Die lose einsetzbaren Schubstangen mit Rampenoberflächen, die auch Rampenstößel genannt werden, können einfach aus dem Haltesegment herausgenommen werden und je nach Bedarf durch einen Rampenstößel mit einem anderen Winkel ersetzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die proximale Gehäusehälfte das Rampensystem und die distale Gehäusehälfte die Rampenbuchse mit einem als zylinderförmigen oder tonnenförmigen Wälzkörper ausgebildeten Gleitkörper.
Dies ist vorteilhaft, wenn beispielsweise für die Klemmung eines distalen Anschlussteiles deutlich weniger Kraft benötigt wird, als für die Klemmung des Gelenkes der Haltevorrichtung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Gelenk eine an der proximalen Gehäusehälfte abnehmbare Endkappe auf, um eine manuelle Verschiebung der Relativlage des Spannbolzens über das proximale Ende des Spannbolzens zu ermöglichen.
Wird die Endkappe am Gelenk abgenommen, ist es möglich, ohne die Krafteinleitung am proximalen Haltesegment den Spannbolzen an seinem proximalen Ende mittels geeigneten Werkzeugen manuell zu verschieben. Auf diese Weise kann die Haltevorrichtung manuell justiert werden und eine Feineinstellung erfolgen, die in der Regel vom Hersteller der Haltevorrichtung oder von Wartungspersonal durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Spannbolzen am proximalen Ende ein Gewinde für eine Mutter auf, die zur manuellen Verschiebung der Relativlage des Spannbolzens ausgebildet ist.
Diese Mutter kann auf einfache Weise mit einem herkömmlichen Werkzeug wie ein Schraubendreher bedient werden und vereinfacht notwenige Justierungen oder Wartungen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen das Gehäuse des Gelenkes und/oder die Haltesegmente wenigstens eine Aufnahme für Federmittel auf.
Die genannten Federmittel können vorteilhafterweise eine gewisse Resthemmung gewährleisten und damit ein unkontrolliertes Herumschlackern von freien Haltesegmenten der Haltevorrichtung bzw. von Gelenken, die an den distalen Haltesegment angeschlossen sind, verhindern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das proximale Haltesegment an seinem proximalen Ende mit einer Klemmvorrichtung verbindbar, mittels derer das Schubelement des proximalen Haltesegmentes zum Arretieren und Lösen des Gelenkes der Haltevorrichtung verschiebbar ist.
Als Antriebseinheit für die Relativverschiebung des proximalen Schubelementes ist beispielsweise ein Spindelantrieb oder dergleichen vorgesehen. Diese Antriebe erlauben eine einfache Steuerung der Relativverschiebung, da sie sowohl von einer Hand als auch vorteilhafterweise mittels eines Motors betätigt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Haltevorrichtung und die Klemmvorrichtung mittels einer Kupplungsvorrichtung miteinander verbindbar.
Die Kupplungsvorrichtung ist so ausgebildet, dass sie schnell die Haltevorrichtung mit der Klemmvorrichtung kuppeln bzw. entkuppeln kann. Die Kupplungsvorrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie sich im Betrieb nicht lösen kann, auch wenn während des Betriebes der Haltevorrichtung große Kräfte wirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kabel von einem proximalen Betätigungselement an einem Handgriff, der an dem distalen Haltesegment angeschlossen ist, entlang den Haltesegmenten unter Umgehung des Gelenkes geführt und mit einer Antriebseinheit verbunden, um mittels einer antreibbaren Spindel der Klemmvorrichtung das proximale Schubelement der Haltevorrichtung axial zu verschieben.
Auf diese Weise kann das Kabel genutzt werden, um eine proximale Antriebseinheit für die proximale Krafteinleitung mit einem distalen Betätigungselement verbinden zu können. Das entlang der Haltesegmente geführte Kabel umgeht das Gelenk der Haltevorrichtung in der Regel in einer lockeren Schlaufe. Hier besteht bei einer Ausführungsform der Haltevorrichtung ohne Begrenzung der Verschwenkbarkeit der Haltesegmente die Gefahr, dass das Kabel verdreht bzw. überlastet wird und somit die Funktionsfähigkeit des Kabels Schaden nehmen kann. Um das Kabel vor Überlastung bzw. Abriss nachhaltig zu schützen, ist bei Führung eines Kabels entlang der Haltesegmente die Drehbarkeit des Gelenkes der Haltevorrichtung bzw. der Haltesegmente zueinander auf wenigstens 340° vorzusehen.
Ferner wird ein Verfahren für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen zum Arretieren und Lösen von einem Gelenk einer Haltevorrichtung mit zwei relativ zueinander verschwenkbaren Haltesegmenten bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Verschieben eines axial verschiebbaren Schubelementes in einem proximalen Haltesegment, Umlenken der proximalen Schubkraft des proximalen Schubelementes auf die Spannachse des Spannbolzens des Gelenkes, um das Gelenk zu arretieren, und Umlenken der Spannkraft auf das distale Schubelement des distalen Haltesegmentes, um durch Verschiebung des distalen Schubelementes von der Spannachse weg ein distales Anschlussteil und/oder ein medizinisches Instrument zu arretieren, wobei das Umlenken mittels Umlenkelementen umfassend wenigstens ein Rampensystem mit einem Keilkörper erfolgt.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
2A eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung mit Gehäuse und einer Teilschnittansicht in der gelösten Stellung;
2B eine schematische Draufsicht der in 2A gezeigten Haltevorrichtung in der arretierten Stellung;
3A eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
3B eine Detailansicht des proximalen Teiles der in 3A gezeigten Haltevorrichtung umfassend ein Rampensystem;
4 eine schematische Ansicht eines Haltesystems mit einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung; und
5 ein schematisches Verfahrensdiagramm zur Arretierung des Gelenkes der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung.

Die Darstellungen sind schematisch und nicht zwingend maßstabsgerecht. Sie zeigen darüber hinaus nicht alle Details, sondern beschränken sich zum Teil auf die Darstellung der erfindungswesentlichen Einzelheiten sowie weiterer Merkmale, die die Erläuterung und Beschreibung der Erfindung erleichtern. Gleiche Elemente in den unterschiedlichen Figuren werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
Die perspektivische Ansicht der 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung 020 für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen. Diese Haltevorrichtung 020 besteht aus einem proximalen Haltesegment 001 und einem distalen Haltesegment 017, wobei ein Gelenk 021 das proximale und distale Haltesegment 017 verbindet. Das Gelenk 021 ist vereinfacht d.h. ohne Gehäuse dargestellt und zeigt die wesentlichen Komponenten die zur Kraftdurchleitung bzw. - umlenkung notwendig sind.
Die beiden Haltesegmente 001 und 017 sind mittels des arretierbaren Gelenkes 021 verschwenkbar gelagert. Das Rampensystem weist eine durch einen Spannbolzen 010 durchdrungene Grundplatte 005 auf. Die Gegenplatte 009 wird ebenfalls durch den Spannbolzen 010 durchdrungen, ist aber im Gegensatz zur Grundplatte 005 mit dem Spannbolzen 010 fest verbunden. Sowohl die Grundplatte 005 als auch die Gegenplatte 009 weisen wenigstens eine Rampenfläche (29, 25) auf, die mit den Keilflächen 028 eines Keilkörpers 008 zusammenwirken. Hierzu ist der Keilkörper 008 zwischen der Grundplatte 005 und der Gegenplatte 009 angeordnet.
Der Keilkörper 008 ist als Hohlzylinder ausgebildet und weist an seinen beiden Grundflächen wenigstens eine Keilfläche 028 auf, die auf der einen Seite der wenigstens einen Grundrampenfläche 025 gegenüber liegt und auf der anderen Seite der wenigstens einen Gegenrampenfläche 029 zuordenbar ist. Die Rampenflächen 025 und 029 stehen mit den zuordenbaren Keilflächen 028 des Keilkörpers 008 über Gleitkörper 011 im Eingriff.
Der Spannbolzen 010 weist an seinem proximalen Ende ein hier nicht gezeigtes Gewinde für eine Mutter 012 auf, mit der die Relativlage des Spannbolzens 010 für Justierungen oder Wartungen der Haltevorrichtungen manuell verschoben werden kann. In der Regel wird diese Einstellungsmöglichkeit mit der Mutter 012 für den normalen Betrieb der Haltevorrichtung nicht verwendet, da die Krafteinleitung zur Arretierung des Gelenkes 21 auf der Seite des rohrförmigen proximalen Haltesegmentes 001 erfolgt.
Das distale Ende des Spannbolzens 010 ist in 1 nicht sichtbar, da es in einer Rampenbuchse 007 angeordnet ist. Die Rampenbuchse 007 steht mit dem in dem Haltesegment 017 axial verlaufenden Schubelement (in 1 nicht gezeigt) über einen Gleitkörper 013 in Eingriff. Das Haltesegment 017 weist an seinem Ende ein Gewinde auf, um mit der distalen Gehäusehälfte (hier nicht gezeigt) verbunden werden zu können.
2A zeigt eine schematische Draufsicht der Haltevorrichtung 020, in der das Gelenk 021 und die gelenknahen Enden des Haltesegmente 001 und 017 in einer Teilschnittansicht gezeigt werden und zusätzlich die beiden Gehäusehälften 003, 014 des Gelenkes 21 gezeigt werden. Die 2A zeigt in der Teilschnittansicht, dass das Gehäuse des Gelenkes 021 zweiteilig ausgebildet ist. Dabei weist die proximale Gehäusehälfte 014 das Rampensystem auf und die distale Gehäusehälfte 003 die Rampenbuchse 007.
Die Teilschnittansicht des distalen Haltesegments 017 zeigt, dass das Haltesegment 017 und die distale Gehäusehälfte 003 über ein Gewinde verbunden sind. Ferner zeigt die Teilschnittansicht, dass in dem Haltesegment 017 zwei axial verschiebbare Schubelemente 015 und 016 angeordnet sind. Die Rampenbuchse 007 steht über den Gleitkörper 013 mit dem Schubelement 015 in Eingriff. Das Schubelement 015 weist eine zum Gleitkörper 013 gekrümmte Rampenfläche 024 auf. Die damit reibungsoptimierte Rampenfläche 024 des Schubelementes 015 bzw. des Rampenstößels 015 bildet die Reibungsfläche mit dem Gleitkörper 013. Auf der anderen Seite des Gleitkörpers 013 ist eine Rampenfläche 027 der Rampenbuchse 007 angeordnet. Um eine automatische Zentrierung in den Rampenlaufbahnen zu unterstützen, ist der Gleitkörper 13 vorzugsweise als Wälzkörper in Form von Tonnenrollen ausgebildet.
Weitere Gleitkörper 011 befinden sich in dem Rampensystem in der proximalen Gehäusehälfte 014. Die Grundrampe 005 und die Gegenrampe 009 weisen jeweils abschnittsweise kreissegmentförmige Ausnehmungen auf, die jeweils eine zum jeweiligen Gleitkörper 011 hin gekrümmte Laufbahnfläche aufweisen. Die gekrümmten Laufbahnen dienen ebenfalls zur automatischen Zentrierung der Gleitkörper 011. Durch die Verwendung der Gleit- bzw. Wälzkörper in Form von Tonnenrollen kann die Reibung reduziert werden, sowie eine automatische Zentrierung auf gewölbten Laufbahnen unterstützt werden.
In der dargestellten Lösestellung bzw. gelösten Stellung der Haltevorrichtung sind die Gleitkörper 011 an den proximalen Enden der Rampenflächen angeordnet und der Keilkörper 008 steht im Wesentlichen senkrecht zur Spannachse. Durch die Verschiebung des Schubelementes 002 in distale Richtung kann der Keilkörper 008 sowohl distal als auch axial verschoben werden. Eine mögliche Verschiebung bzw. ein Verschiebeweg von der gezeigten Lösestellung des Schubelementes 002 in distale Richtung wird durch den Pfeil 022 angezeigt.
In der gezeigten gelösten Stellung bzw. Lösestellung sind die beiden Gehäusehälften 003 und 014 zueinander, um die Spannachse beweglich. Damit sind auch die Haltesegmente 001 und 017 um einen großen Schwenkwinkel zueinander beweglich. Der Zylinderstift bzw. Sicherungsstift 004 begrenzt die Verschwenkbarkeit auf einen Bereich von vorzugsweise 340° und verhindert damit eine unendliche Verdrehung der Haltesegmente 001, 017 zueinander.
Eine Begrenzung der Verschwenkbarkeit ist von Vorteil, wenn von dem ersten zum zweiten Haltesegment ein Kabel entlang geführt wird und dieses durch die eingeschränkte Drehbarkeit keinen Schaden durch Überlastung nehmen kann. Ist keine Kabelführung entlang der Haltevorrichtung sondern wird eine anderer Art der Signalübertragung wie Funksteuerung vorgesehen, kann auf die mechanische Begrenzung des Zylinderstiftes 004 verzichtet werden und eine endlose Drehbarkeit der Haltesegmente 001, 017 zueinander ermöglicht werden.
Die Endkappe 006 verschließt den Zugang zu der Mutter 012 und dem proximalen Ende des Spannbolzens 010. Wird die Endkappe 006 am Gelenk 021 abgenommen, ist es möglich, ohne die Krafteinleitung am proximalen Haltesegment den Spannbolzen 010 an seinem proximalen Ende mittels geeigneten Werkzeugen manuell zu verschieben. Die Justierung erfolgt beispielsweise mit einem Schraubendreher oder dergleichen. Die manuelle Justierung ist in der Regel nur vor der ersten Inbetriebnahme und gegebenenfalls für spätere Wartungen vorgesehen. Es ist dabei von Vorteil, wenn vorgesehen wird, dass die Justierung nur lastfrei, also bei gelöstem Spannbolzen 010 verstellt werden darf. Das distale Ende des Spannbolzens 010 befindet sich nach Auslieferung der Haltevorrichtung 020 an den Benutzer in der Regel unter der Abdeckung 006. Dies soll verhindern, dass der Benutzer die Einstellung, die für den Betrieb notwendig ist, selbständig ändert.
Wird das Schubelement 002 in die distale Richtung gemäß dem Pfeil 022 verschoben, können sowohl das Gelenk 021 als auch das über die Schubelemente 015 und 016 wirkverbundene distale medizinische Instrument gemeinsam arretiert werden. Dies erfolgt mittels des senkrecht zu den Haltesegmenten 001 und 017 angeordneten Spannbolzen 010. Seine Funktionsweise wird im Folgenden in Bezug zu 2B erläutert.
2B stellt die arretierte Stellung bzw. Arretierstellung dar, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert werden. Durch Krafteinleitung an der proximalen Seite des Haltesegmentes 001 wurde das Schubelement 002 in die Arretierstellung in Richtung des Zentralgelenkes 021 verschoben, so dass der Keilkörper 008 sich zwischen der Rampe 005 und der Gegenrampe 009 aus der Lössestellung in die Arretierstellung bewegt hat. Bei der Krafteinleitung wird der Keilkörper 008 so bewegt, dass er sich über die Gleitkörper 011 jeweils von dem Gehäuse und einer der Gegenrampenplatte 009 abstößt. Dabei ist die Gegenrampe 009 fest mit der Spannschraube 010 verbunden.
Der Verschiebeweg des Keilkörpers 008 von der Lösestellung zur Arretierstellung hat sowohl eine Komponente senkrecht zur Spannachse als auch entlang der Spannachse. Mittels des Keilkörpers 008 kann die proximale Kraft, die durch das Schubelement 002 eingeleitet wird, um 90° in die Spannachse umgelenkt werden, um so das Gelenk 021 zu klemmen. In der Arretierstellung stützt sich eine proximale Seite des Keilkörpers 008 an der Grundplatte ab, während das distale abgeschrägte Ende des Keilkörpers 008 an der parallel zur Spannachse verlaufenden distalen Gehäusewand der Gehäusehälfte 014 anschlagen kann. Damit nimmt der Keilkörper 008 die in 2B gezeigte Schrägstellung in Bezug auf die Spannachse ein. Der Keilkörper 008 kann dabei vorteilhafterweise dazu verwendet werden, dass die bei dem Arretierungsvorgang resultierenden Gegenkräfte bei der seitlichen Kraftumlenkung direkt in das Gehäuse eingeleitet werden können.
Die eingeleitete Kraft kann zudem mittels der Rampenbuchse 007 um 90° umgelenkt werden, wobei die Rampenbuchse 007 drehbar mit dem Spannbolzen 010 verbunden ist. Um in die gezeigte Arretierstellung zu gelangen, wurde die Rampenbuchse 007 zusammen mit dem Spannbolzen 010 entlang der Spannachse in proximaler bzw. axialer Richtung (Pfeil 23) verschoben. Der Pfeil 23 deutet den axialen Verschiebeweg des Spannbolzens 010 von der Lösestellung zur Arretierstellung an.
Über den Rampenstößel 015 bzw. dem Schubelement 015 mit Rampenfläche 024 wird die ausgeleitete Kraft auf das distale Schubelement 016 übertragen, um durch die Auswärtsverschiebung des Schubelementes 016 ein daran angeschlossenes Gelenk bzw. medizinisches Instrument arretieren zu können. Unter der Verwendung von gekrümmten Rampenflächen und Gleitkörper 013 kann die Kraftumlenkung mit relativ wenig Reibung erfolgen und durch die erzeugte distale Verschiebung nachgelagerte Gelenke, die mit den Schubelementen 015 bzw. 016 in Verbindung stehen, arretiert werden.
3A zeigt eine Explosionsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei kann man die beiden Gelenkhälften 003 und 014 und die dazu gehörigen Elemente getrennt betrachten. Die proximale rechte Gelenkhälfte 014 weist das Rampensystem mit dem Keilkörper 008 auf, während die distale Gelenkhälfte 003 im Wesentlichen eine Rampenbuchse 007 aufweist. Zwischen den Gehäusehälften 003 und 014 ist eine Gleitscheibe 030 angeordnet. Zur reibungsarmen Drehbarkeit des Gelenkes 021 wird bevorzugt eine Diamantenkarbonscheibe verwendet. Die Verdrehbarkeit wird mittels des Verdrehsicherungsstiftes 004 in Zusammenwirkung mit einer Umfangsnut (nicht gezeigt), die in der distalen Gehäusehälfte verläuft, auf vorzugsweise 340° begrenzt. Für die Begrenzung weist die Umfangnut radial verlaufende Anschlagsflächen oder dergleichen auf.
Auf der proximalen Gelenkseite mit dem Rampensystem kann im Vergleich zu herkömmlichen Sperrmechanismen eine proximale Kraft ca. dreifach verstärkt und der Weg dabei auf ein Drittel reduziert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise beide Gehäusehälften mit einer hohen Kraft aufeinander gedrückt werden können. Auf der distalen Seite, hier in 3A auf der linken Seite, wird die Kraft der Spannachse dann wiederum in die distale Richtung um 90° umgelenkt. In der gezeigten Ausführungsform wird diese Umlenkung durch eine Rampenbuchse 007 vorgenommen, die über den Gleitkörper 013 in Wirkverbindung mit dem Schubelement 015 in Verbindung steht.
Die gezeigte Ausführungsform der Haltevorrichtung zeigt zwei Prinzipien zur Kraftübertragung. Zum einen weist diese Ausführungsform der Haltevorrichtung 020 auf der proximalen Seite die Kombination von Gleitkörpern 011 bzw. Wälzkörpern mit einem Keilkörper 008 auf. Zum anderen wird auf der Seite der distalen Gehäusehälfte 003 ein Gleitkörper 013 in Verbindung mit einer Rampenbuchse 007 bereitgestellt. Diese Alternativen können je nach gewünschten Kraft-Weg-Verhältnissen beliebig untereinander kombiniert werden. Beispielsweise kann in dem distalen Gehäusehälfteteil 003 alternativ zur Rampenbuchse 007 ein zweiter Keilkörper 008 mit einem damit zusammenwirkenden Rampensystem angeordnet werden.
Die 3B zeigt ausschließlich die proximale Gehäusehälfte 014 und die zugehörigen Komponenten, um Details zu illustrieren. Die Grundplatte 005 ist als im Wesentlichen ovalförmiger Hohlzylinder ausgebildet mit einem kreisrunden Durchgangsloch. Die proximale Grundfläche der Grundplatte 005 weist gegenüber liegende parabelsegmentförmige Ausnehmungen auf, die gekrümmte Laufbahnen als Grundrampenflächen 025 aufweisen. Derartig gekrümmte Rampenflächen bzw. Laufbahnen sind ebenfalls beim Keilkörper 008 durch die Keilflächen 028 realisiert.
Der Keilkörper 008 ist ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Grundflächen die genannten gekrümmten Keilflächen 028 aufweisen. 3B zeigt zudem, dass das Durchgangsloch des Keilkörpers 008 als Langloch (026) ausgebildet ist, um einen Verschiebeweg des Keilkörpers 008 sowohl axial als auch senkrecht zur Spannachse zu ermöglichen. Schließlich wirken die zwei der Gegenplatte 009 zugewandten Keilflächen 028 mit zwei Gegenrampenflächen 029 der Gegenplatte 009 über die Gleitkörper 011 zusammen. Auch die Gegenrampenflächen 029 weisen gekrümmte Laufbahnen wie die Keilflächen 028 auf.
Es ist vorteilhaft, das Rampensystem in der rechten bzw. proximalen Seite des Gelenkgehäuses wie in 3B gezeigt bereitzustellen, da hier hohe Kräfte zur Klemmung des Zentralgelenkes notwendig sind. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine Arretierung des Gelenkes zuverlässig erfolgt. Durch das Rampensystem können geringe Wege dazu führen, sehr hohe Klemm- bzw. Arretierungskräfte auf das Zentralgelenk zu leiten. Wie in er 3B gezeigt, laufen die Wälzkörper 011 in gewölbten und. gekrümmten Laufbahnen zur Reibungsreduktion und automatischen Zentrierung. Dies ist vorteilhaft im Vergleich zu herkömmlichen Linearlagern und kann Kosten und Bauraum optimieren.
3B zeigt, dass das Schubelement 002 an seinem proximalen Ende eine Nut für Federmittel aufweist. Durch den Einsatz von Federmitteln kann eine vorbestimmbare Resthemmung gewährleistet werden und ein Herumschlackern von freien Haltesegmenten der Haltevorrichtung bzw. von Gelenken, die an den distalen Haltesegment angeschlossen sind, verhindert werden. Das Schubelement 002 wird im Betrieb an seiner distalen Seite in das Haltesegment 001 bzw. den offenen Armstumpf gesteckt und an seiner proximalen Seite in eine Kupplungsvorrichtung 300, die in der folgenden 4 illustriert wird.
4 zeigt ein Haltesystem mit einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung 20. An ihrem proximalen Ende ist die Haltevorrichtung 20 über eine Kupplungsvorrichtung 300 mit einer Klemmvorrichtung 100 verbunden. An der Basis des Haltesystems befindet sich die Basissäule 101. Diese Basissäule oder auch Haltesegment 101 ist mit allen bestehenden und handelsüblichen Klemmeinheiten 105 kompatibel, so dass es an einem Operationstisch sicher festgeklemmt werden kann. Beispielsweise kann die Basissäule oder das Haltesegment 101 einen Durchmesser von etwa 16 mm aufweisen. In Abhängigkeit von einer besonders großen Nutzlast können auch größere Durchmesser bis zu maximal 2 cm bereitgestellt werden. Die Klemmvorrichtung 100 weist ein Gehäuse 150 auf. Zur Verschwenkbarkeit des Haltesegments bzw. der Basissäule 101 befindet sich zwischen dem Gehäuse der Klemmvorrichtung 100 und dem Haltesegment 001 ein Gelenk 152, das aufgrund des distal an die Klemmvorrichtung 100 angeschlossenen Haltesystems bzw. Haltearmes auch Schultergelenk genannt werden kann.
Der Befestigungspunkt der Klemmeinheit 105 für das erste Haltesegment 101 ist im proximalen Bereich der Klemmvorrichtung 100 angeordnet. Der proximale Bereich kann sich nahe des Bodens oder eines Operationstisches befinden. Das Haltesystem kann alternativ deckengestützt im Gegensatz zu einem operationstischgestützten System sein. Der distale Bereich des Haltesystems ist der von dem proximalen Bereich entfernt gelegene Bereich. An der distalen Seite der Klemmvorrichtung ist durch eine Kupplungsvorrichtung 300 eine Haltevorrichtung 20 in Form eines Haltearms mit Ober- bzw. Unterarm angeschlossen. Die angeschlossene Haltevorrichtung 20 umfasst zwei Haltesegmente 001 und 017, die mit einem Zentralgelenk 21 verschwenkbar miteinander verbunden sind.
An dem distalen Haltesegment 017 ist ein Handgriff 019 angeschlossen. An dem freien Ende des Handgriffes 019 bzw. des Haltesystems ist beispielsweise ein medizinisches Instrument befestigbar. Hierzu weist das distale Ende des Handgriffes 019 eine Kupplungseinheit 170 auf. Diese Kupplungseinheit 170 kann vorzugsweise als Schnellkupplungseinheit wie die bekannte Schnittstelle KSLOCK ausgebildet sein. An eine derartige autoklavierbare Schnellkupplungseinheit 170 können diverse medizinische Instrumente angeschlossen werden wie Mikroscheren, Zangen, Pinzetten, Stanzen oder dergleichen. Es können auch Hilfsmittel für die Operation bereitgestellt werden, die an der Schnellkupplungseinheit 170 befestigt werden können. So zum Beispiel kann eine Handauflage über die Schnellkupplungseinheit 170 angekuppelt werden. Mit einer solchen Handauflage können bei mehrstündigen chirurgischen Eingriffen die Operateure eine ruhige Hand bewahren.
Der Handgriff weist neben der Verbindung zum Handgelenk 018, das vorzugsweise als Kugelgelenk ausgebildet ist, und der Schnellkupplungseinheit 170 ein Betätigungselement 169 auf. Durch das distale Betätigungselement 169 kann die Antriebseinheit 160 der Klemmvorrichtung 100 aktiviert werden. Das Kontrollsignal für die Aktivierung bzw. Betätigung der dargestellten Antriebsspindel 110 kann über das Kabel 168 zu der Antriebseinheit 160 geleitet werden. Das Kabel 168 wird teilweise entlang den Haltesegmenten 017 und 001 geführt. Zwischen dem proximalen Haltesegment 001 und dem distalen Haltesegment 017 wird das Kabel mit etwas Spiel geführt, so dass sich das Zentralgelenk 21 frei bewegen kann. Vorteilhafterweise wir zum Schutz des Kabels die Verdrehbarkeit des Gelenkes auf 340° begrenzt.
Wenn das Kabel zum proximalen Ende des Haltesegmentes 001 geführt wird, tritt es in das Bolzenelement 301 ein. Die Kabeleinführung in das Bolzenelement 301 der Kupplungsvorrichtung ermöglicht eine Durchleitung der Steuersignale über die Kupplungsvorrichtung 300 zur Antriebseinheit 160. Die Kupplungsvorrichtung 300 weist im Inneren geeignete Kontaktelemente auf, um das über das Kabel geleitete Signal an die Antriebssteuereinheit 160 weiterzuleiten. Alternativ zur kabelgeführten Aktivierung ist auch eine funkgesteuerte Ansteuerung der Klemmvorrichtung 100 denkbar.
In dem dargestellten Beispiel umfasst die Antriebseinheit 160 für die Spindel 110 einen Elektromotor 161 mit einem Getriebe 162. Die Stromversorgung der Antriebseinheit 160 erfolgt durch einen Akku 163. Der Akku 163 ist in dem Akkuschacht 164 angeordnet und wird über die Akkusteuereinheit 165 gesteuert. Weiterhin befindet sich in dem Gehäuse eine Antriebssteuereinheit 166 sowie eine Schaltlogik 167. Mittels des Getriebes 162 des Elektromotors 161 kann die Spindel 110 angetrieben werden.
Die Auslegung der Schubelemente, Haltesegmente und Gelenke des Haltesystems richten sich nach den durchzuleitenden Kräften sowie nach den anzuschließenden Teilen bzw. Insturmenten. Die maximale Reichweite des Haltesystems und gleichzeitig höchste Belastung wird erreicht, wenn der Arm horizontal ausgestreckt ist. In dieser Stellung kann das erfindungsgemäße Haltesystems eine Haltekräfte zwischen wenigstens 3 kg und 5 kg erreichen. Beispielhafte Reichweiten für das gesamte Haltesystem liegen zwischen 55 cm und 71 cm. Für die Anwendungen in sterilen Umgebungen ist es notwendig die Haltevorrichtung 020 und Anschlussteile zu sterilisieren. Nicht zur Sterilisation vorgessehene Teile des Haltesystems wie Kupplungsvorrichtung und Klemmvorrichtung können mit einem geeigneten sterilen Überzug bzw. Drape abgedeckt werden.
5 zeigt die wesentlichen Verfahrensschritte zur Arretierung eines Gelenkes einer Haltevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der erste Verfahrensschritt umfasst das Verschieben wenigstens eines axial verschiebbaren Schubelementes 002 in einem proximalen Haltesegment 001 der Haltevorrichtung 020. Der zweite Verfahrensschritt umfasst das Umlenken der proximalen Schubkraft des proximalen Schubelementes 002 mittels wenigstens einem Rampensystem mit einem Keilkörper 008 zur Arretierung des Gelenkes 021 der Haltevorrichtung 020. Im weiteren Verfahrensschritt 203 erfolgt das Umlenken der Spannkraft auf das wenigstens eine distale Schubelement 015, 016 des distalen Haltesegmentes 017 zur Arretierung eines distalen Anschlussteiles und/oder eines medizinischen Instrumentes. In dem vorgenannten Verfahren werden vorteilhafterweise mit geringen Wegen hohe Kräfte zur Klemmung des Gelenkes erzielt. Soll die Haltevorrichtung 020 von der Arretierstellung in die Lösestellung gebracht werden, kann hierzu das proximale Schubelement 002 zurück in die Ausgangsposition gebracht werden.
Bezugszeichenliste

001: proximales Haltesegment
002: proximales Schubelement
003: distale Gehäusehälfte des Gelenkes
004: Sicherungsstift
005: Grundrampenplatte
006: Endkappe
007: Rampenbuchse
008: Keilkörper
009: Gegenplatte mit Gegenrampenflächen
010: Spannbolzen
011: Gleitkörper des Rampensystems
013: Gleitkörper der Rampenbuchse
015: Schubelement mit Rampenfläche
016: (distales) Schubelement
017: (distales) Haltesegment
018: Handgelenk
019: Handgriff
020: Haltevorrichtung
021: Gelenk
022: axiale Längsbewegung in distaler Richtung
023: axiale Bewegung entlang der Spannachse in proximaler Richtung
024: Rampenfläche des distalen Schubelementes bzw. Rampenstößels
025: Grundrampenfläche
026: Langloch im Keilkörper
027: Rampenfläche der Rampenbuchse
028: Keilfläche
029: Gegenrampenfläche
030: Scheibe
031: Nut für Federmittel
100: Klemmvorrichtung
101: Haltesegment oder Basissäule
105: Klemmeinheit
110: Spindel
150: Gehäuse der Klemmvorrichtung
152: Gelenk, Basisgelenk
160: Antriebseinheit
161: Elektromotor
162: Getriebe
163: Akku
164: Akkuschacht
165: Akkusteuereinheit
166: Antriebssteuereinheit
167: Schaltlogik
168: Kabel
169: Betätigungselement
170: Kupplungseinheit für distales Anschlussteil und/oder ein Instrument
201: Verfahrensschritt: Verschieben eines proximalen Schubelements
202: Verfahrensschritt: Umlenken der proximalen Schubkraft zur Arretierung
203: Verfahrensschritt: Arretierung eines distalen Anschlussteiles oder eines medizinischen Instrumentes
300: Kupplungsvorrichtung
301: Bolzenelement
303: Kupplungsnutflanke
325: Kupplungsbetätiger

Claims

Haltevorrichtung für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen umfassend: ein Gelenk (021) zwischen einem proximalen Haltesegment (001) und einem distalen Haltesegment (017); wobei in den Haltesegmenten (001, 017) jeweils wenigstens ein axial verschiebbares Schubelement (002, 016) angeordnet ist, wobei das Gelenk einen die Schwenk- und Spannachse definierenden Spannbolzen und Umlenkelemente aufweist, mittels derer eine zur Achse wirkende Schubkraft des wenigstens einen proximalen Schubelementes (002) zur Arretierung des Gelenkes (021) auf die Spannachse und zur Verschiebung des wenigstens einen distalen Schubelementes (016) umlenkbar ist, und wobei die Umlenkelemente wenigstens ein Rampensystem mit einem Keilkörper (008) umfassen.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Rampensystem umfasst: eine durch den Spannbolzen (010) durchdrungene Grundplatte (005) mit wenigstens einer Grundrampenfläche, und eine Gegenplatte (009), die fest mit dem Spannbolzen verbunden ist und wenigstens eine Gegenrampenfläche (029) aufweist, wobei der mit Kraft beaufschlagte Keilkörper (008) zwischen den Rampenflächen verschiebbar ist und ausgebildet ist, die Gegenplatte (009) relativ zu der an einem Gehäuse des Gelenkes abgestützten Grundplatte (005) in Richtung der Spannachse zu bewegen und damit die Kraft um 90° umzulenken.
Haltevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die senkrecht zur Spannachse gerichtete Komponente des Verschiebeweges des Keilkörpers (008) zwischen der Lösestellung und der Arretierstellung durch die Länge eines zentralen Langloches (026) des Keilkörpers (008) definierbar ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die wenigstens eine Grundrampenfläche (025) und die wenigstens eine Gegenrampenfläche (029) mit den zuordenbaren Keilflächen (028) des Keilkörpers (008) jeweils über wenigstens einen Gleitkörper (011) im Eingriff miteinander stehen.
Haltevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Gleitkörper (011) Wälzkörper in Form von Kugeln, Zylinderrollen oder Tonnenrollen sind.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Grundrampe (005) und/ oder die Gegenrampe (009) jeweils zwei zumindest abschnittsweise zylindersegmentförmige Ausnehmungen aufweisen, die jeweils eine zum jeweiligen Gleitkörper (011) hin gekrümmte Laufbahnfläche als Rampenfläche (025, 029) aufweisen.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschiebung des wenigstens einen distalen Schubelementes (016) zur reibschlüssigen Arretierung eines distalen Anschlussteiles und/oder eines medizinischen Instrumentes nutzbar ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 7, wobei das distale Anschlussteil ein Handgelenk (018) ist, das mit einem Handgriff (019) koppelbar ist, der wenigstens ein Betätigungselement (169) aufweist, um das Gelenk (021) wahlweise zu arretieren oder zu lösen.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Gehäuse des Gelenkes (021) zweiteilig ausgebildet ist und das Rampensystem in der proximalen und/oder distalen Gehäusehälfte angeordnet ist.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltesegmente (001, 017) über das Gelenk (021) um einen Schwenkwinkel von maximal 340° gegeneinander verschwenkbar sind.
Haltevorrichtung nach vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umlenkelemente ferner eine Rampenbuchse (007) umfassen, die eine gekrümmte Rampenoberfläche für einen Gleitkörper (013) aufweist, wobei die Rampenbuchse (007) drehbar mit dem Spannbolzen (010) verbunden ist und durch Verschiebung der Relativlage des Spannbolzens längs der Spannachse verschiebbar ist und über den Gleitkörper (013) mit einem Schubelement zur Kraftumlenkung im Eingriff steht.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schubelemente (001, 016, 017) als ein- oder mehrteilige Schubstangen ausgebildet sind.
Haltevorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei das mit dem Gleitkörper (013) der Rampenbuchse (007) zusammenwirkende Schubelement (015) eine Rampenoberfläche aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die proximale Gehäusehälfte das Rampensystem und die distale Gehäusehälfte die Rampenbuchse (007) mit einem als zylinderförmigen oder tonnenförmigen Wälzkörper ausgebildeten Gleitkörper (013) umfasst.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Gelenk eine an der proximalen Gehäusehälfte abnehmbare Endkappe (006) aufweist, um eine manuelle Verschiebung der Relativlage des Spannbolzens (010) über das proximale Ende des Spannbolzens (010) zu ermöglichen.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spannbolzen (010) am proximalen Ende ein Gewinde für eine Mutter aufweist, die zur manuellen Verschiebung der Relativlage des Spannbolzens (010) ausgebildet ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei das Gehäuse des Gelenkes und/oder die Haltesegmente (001, 017) wenigstens eine Aufnahme für Federmittel aufweist.
Haltesystem umfassend eine Haltevorrichtung (020) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das proximale Haltesegment (001) an seinem proximalen Ende mit einer Klemmvorrichtung (100) verbindbar ist, mittels derer das Schubelement (002) des proximalen Haltesegmentes (001) zum Arretieren und Lösen des Gelenkes (021) der Haltevorrichtung (020) verschiebbar ist.
Haltesystem nach Anspruch 18, wobei die Haltevorrichtung (020) und die Klemmvorrichtung (100) mittels einer Kupplungsvorrichtung (300) miteinander verbindbar sind.
Haltesystem nach den Ansprüchen 18 oder 19, wobei ein Kabel (168) von einem proximalen Betätigungselement (169) an einem Handgriff (019), der an dem distalen Haltesegment (017) anschließbar ist, entlang den Haltesegmenten (017, 001) unter Umgehung des Gelenkes (021) geführt ist und mit einer Antriebseinheit (160) verbunden ist, um mittels einer antreibbaren Spindel (110) der Klemmvorrichtung (100) das proximale Schubelement (002) der Haltevorrichtung (020) axial zu verschieben.
Verfahren für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen zum Arretieren und Lösen von einem Gelenk (021) einer Haltevorrichtung (020) mit zwei relativ zueinander verschwenkbaren Haltesegmenten (001, 017), umfassend die folgenden Schritte: Verschieben (201) wenigstens eines axial verschiebbaren Schubelementes (002) in einem proximalen Haltesegment (001); Umlenken der proximalen Schubkraft (202) des proximalen Schubelementes (002) auf die Spannachse eines Spannbolzens (010) eines Gelenkes (021), um das Gelenk (021) zu arretieren; und Umlenken der Spannkraft (203) auf das wenigstens eine distale Schubelement (016) des distalen Haltesegmentes (017), um durch Verschiebung des distalen Schubelementes (016) von der Spannachse weg ein distales Anschlussteil und/oder medizinisches Instrument zu arretieren, wobei das Umlenken mittels Umlenkelementen umfassend wenigstens ein Rampensystem mit einem Keilkörper (008) erfolgt.