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Die Erfindung betrifft einen Fußschalter zur Steuerung von medizintechnischen Geräten.
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In der Medizintechnik sind Fußschalter zur Steuerung von medizintechnischen Geräten gängig. Durch Fußschalter ist es bspw. möglich, den Aktivierungszustand eines handgeführten Instruments zu steuern, ohne dass dazu die Führungshand selbst oder auch nur ein Finger davon bewegt werden müsste. Das medizinische Personal kann sich so allein auf die Führung des Instruments per Hand konzentrieren und den Aktivierungszustand des Instruments losgelöst davon per Fuß steuern. Der Aktivierungszustand muss dabei nicht auf das Ein- und Ausschalten einer bestimmten Funktion des handgeführten Instruments beschränkt sein, sondern kann auch eine stufenlose Einstellbarkeit umfassen. Beispiele für medizinische Geräte mit entsprechender Fußsteuerung sind Zahnarztinstrumente, wie Bohrer, HF-Generatoren für die Hochfrequenz-Chirurgie, Ultraschall-Generator für Ultraschallskalpelle und/oder Lasersysteme.
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Im Stand der Technik bekannte Fußschalter umfassen ein um eine Achse schwenkbar gelagertes Pedal, welches mit einer Druckfeder in eine Ausgangsposition gehalten wird. Bei Betätigung des Pedals wird es soweit verschwenkt, bis ein elektrischer Kontakt, bspw. ein Reed-Kontakt, ausgelöst wird, womit dann ein Steuersignal ausgelöst wird. Dabei wird die Druckfeder komprimiert, sodass sie das Pedal zurück in die Ausgangsposition drängt, sobald keine Betätigungskraft mehr auf das Pedal ausgeübt wird.
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Aufgrund der Verwendung entsprechender Fußschalter im medizinischen Umfeld ist eine regelmäßige gründliche Reinigung der Fußschalter erforderlich. Es hat sich gezeigt, dass Fußschalter gemäß dem Stand der Technik häufig nicht optimal zu reinigen sind. Darüber hinaus unterliegen die Druckfedern Verschleiß.
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Das Dokument
DE 198 11 268 A1 betrifft eine fußbetätigte Bedienvorrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei dem der durch einen Fuß ausgeübte Druck aufgenommen und in ein elektronisches Steuersignal umgewandelt wird. Es werden zwei Ausführungsformen der Bedienvorrichtung beschrieben: Zum einen mit einem zweigeteilten Gehäuse, dessen Ober- und Unterseite durch ein Federelement miteinander verbunden sind, und zum anderen als ein mattenförmiges, in sich gekapseltes Element.
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Das Dokument
US 5 712 460 A beschreibt einen Fußschalter für medizinische Anwendungen. Dieser weist eine Basisplatte auf, auf der eine elektrische Schaltkreismembran mit Kraftsensoren angeordnet ist. Darüber ist eine verformbare Komponente als Betätigungselement vorgesehen, die gleichsam das Gehäuse des Fußschalters bildet.
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In Dokument
US 5 115 162 A ist ein auf einem Bremspedal eines Fahrzeugs anordenbarer Fußschalter mit einem Kraftsensor offenbart. Zur Pufferung der Druckkraft bei Betätigung weist der Fußschalter einen elastomeren Spacer auf.
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Bei dem Dokument
DE 10 2006 030 846 A1 handelt es sich um einen pneumatischen Bremspedalsimulator mit einem Federelement, das zwischen einem Kraftsensor und einem bewegbaren Kolben angeordnet ist.
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Das Dokument
US 4 558 194 A betrifft ein Pedal mit beweglichen Pedalkörpern, die jeweils mit einem Membranschalter zusammenwirken.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fußschalter zur Steuerung von medizintechnischen Geräten zu schaffen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr oder nur noch in vermindertem Umfang auftreten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Fußschalter gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung einen Fußschalter zur Steuerung von medizintechnischen Geräten umfassend ein Gehäuse mit einer von außen zugänglichen, per Fuß bedienbaren Pedalfläche, wobei ein elektrischer Kraftsensor zur Ermittlung der auf die Pedalfläche aufgebrachten Betätigungskraft vorgesehen und mit einer Steuereinheit zur Wandlung der ermittelten Betätigungskraft in ein Steuerungssignal verbunden ist, wobei die Pedalfläche durch einen gegenüber dem Gehäuse in einem vorgegebenen Freiheitsgrad beweglich gelagerten Pedalkörper gebildet ist und der Kraftsensor zur Ermittlung der Betätigungskraft in Richtung des Freiheitsgrades ausgebildet ist, wobei zwischen Pedalfläche und Kraftsensor in unmittelbarem Kontakt mit dem Kraftsensor ein verformbares Pufferelement vorgesehen ist, und wobei der Kraftsensor vom Pufferelement umgeben und innerhalb des Pufferelements angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Steuerungssignal anders als im Stand der Technik nicht über einen Wegpunktkontakt, bei dem die letztendliche Bewegung eines beweglichen Pedals bei Erreichen eines bestimmten Punktes maßgeblich ist, ausgelöst wird, sondern unmittelbar die auf die Pedalfläche aufgebrachte Betätigungskraft gemessen und von einer Steuereinheit in geeignete Steuerungssignale gewandelt wird. Indem auf die beim Stand der Technik zwingend erforderlichen mechanischen Bauteile, wie bspw. Druckfedern, verzichtet werden kann, sind alternative Ausgestaltungen von Fußschaltern möglich, die hinsichtlich der Reinigung optimiert sein können.
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Um einem Benutzer eine zu Fußpedalen gemäß dem Stand der Technik vergleichbare Rückkopplung bei der Betätigung eines Fußschalters gemäß dem Stand der Technik zu geben, ist die Pedalfläche durch einen gegenüber dem Gehäuse in einem vorgegebenen Freiheitsgrad beweglich gelagerten Pedalkörper gebildet, wobei der Kraftsensor zur Ermittlung der Betätigungskraft in Richtung des Freiheitsgrades ausgebildet ist. Da auch in diesem Fall - anders als im Stand der Technik - nicht der zurückgelegte Weg als Auslöser für ein Steuerungssignal aufgenommen wird, sondern auch hier die auf die Pedalfläche ausgeübte Betätigungskraft herangezogen wird, sind Ausgestaltungen von Gehäuse, Pedalkörper und Kraftsensor problemlos möglich, bei denen sich keine schwierig zu reinigenden Ritzen oder Hohlräume ergeben.
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Zwischen Pedalfläche und Kraftsensor ist in unmittelbarem Kontakt mit dem Kraftsensor ein - vorzugsweise elastisch - verformbares Pufferelement vorgesehen. Unabhängig von der Ausgestaltung der Pedalfläche wird durch ein entsprechendes Pufferelement erreicht, dass eine auf die Pedalfläche ausgeübte Betätigungskraft über den Kraftsensor verteilt wird, wodurch in der Regel die Messgenauigkeit des Kraftsensors erhöht werden kann. Dabei ist der Kraftsensor vom Pufferelement umgeben und innerhalb des Pufferelementes angeordnet.
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Durch eine solche Anordnung wird regelmäßig eine gleichmäßige Verteilung der Betätigungskraft über den gesamten Kraftsensor erreicht.
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Bei dem Pufferelement kann es sich bspw. um einen Körper aus leicht (elastisch) verformbaren Material, ein Gel, ein Gelkissen oder um ein Silikonkissen, vorzugsweise mit elastischer Hülle, handeln. Ist das Pufferelement elastisch, kann es bei Ausführungen, bei den ein Pedalkörper in Richtung eines Freiheitsgrades beweglich gelagert ist, auch der Rückstellung des Pedalkörpers dienen.
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Grundsätzlich ist es möglich, die ermittelte Betätigungskraft unmittelbar in ein dazu proportionales und somit stufenloses Steuerungssignal zu wandeln. Um die Funktionsweise bekannter Fußpedale zu erreichen, ist aber bevorzugt, wenn die Steuerungseinheit zur Ausgabe eines ersten Steuerungssignals bei Überschreiten eines ersten vorgegebenen Schwellwertes für die ermittelte Betätigungskraft ausgebildet ist. Das erste Steuerungssignal wird also nur dann ausgegeben, wenn eine vorgegebene Betätigungskraft überschritten wird. Vorzugsweise ist die Steuerungseinheit darüber hinaus zur Ausgabe eines zweiten Steuerungssignals bei Überschreiten eines zweiten vorgegebenen Schwellwertes für die ermittelte Betätigungskraft ausgebildet. Es lassen sich so zwei unterschiedliche Steuerungssignale über eine Pedalfläche erzeugen.
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Es ist bevorzugt, wenn der erste und/oder zweite Schwellwert nutzerveränderlich sind. Ein Nutzer kann die Schwellwerte und somit die zur Auslösung von Steuerungssignalen erforderliche Betätigungskraft dann an seine persönlichen Vorlieben anpassen.
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Der Fußschalter kann eine zweite von außen zugängliche, per Fuß bedienbaren Pedalfläche mit einem zweiten elektrischen Kraftsensor zur Ermittlung der auf die zweite Pedalfläche aufgebrachten Betätigungskraft aufweisen. Dabei können die beiden Kraftsensoren der dann zwei Pedalflächen vorzugsweise mit derselben Steuereinheit verbunden sein. Durch das Vorsehen einer zweiten Pedalfläche lässt sich die Anzahl von über den Fußschalter steuerbaren Funktionen eines oder mehrerer medizintechnischen Geräte erhöhen. Das gilt selbstverständlich auch für jegliche weitere Pedalfläche. Indem die Kraftsensoren der einzelnen Pedalflächen mit derselben Steuereinheit verbunden sind, kann die Anzahl der Bauteile für den Fußschalter geringgehalten werden.
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Es ist bevorzugt, wenn der Fußschalter zur drahtlosen Übertragung der Steuerungssignale an ein medizintechnisches Gerät ausgebildet ist. Dadurch kann die Bewegungsfreiheit des medizinischen Personals bspw. in einem Operationssaal verbessert werden. Ein geeigneter Empfänger für die Steuerungssignale muss dann entweder unmittelbar in das medizinische Gerät integriert sein, oder es ist ein geeigneter externer Empfänger an dem Signaleingang, an dem bspw. auch ein kabelgebundener Fußschalter angeschlossen werden kann, vorzusehen. Entsprechendes ist bspw. aus
EP 1 629 786 A1 bekannt.
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Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fußschalters; und
- 2: eine schematische Schnittansicht des Fußschalters aus 1.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fußschalters 1 zur Steuerung von medizintechnischen Geräten (nicht dargestellt) schematisch dargestellt. Der Fußschalter 1 ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zur drahtlosen Übertragung von Steuerungssignalen ausgebildet, was in 1 durch die symbolische Darstellung einer Funkantenne 10 gezeigt ist. Ein Längsschnitt durch den Fußschalter 1 ist in 2 gezeigt.
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Der Fußschalter 1 umfasst ein stabiles Gehäuse 2 mit einer ersten von außen zugänglichen, per Fuß bedienbaren Pedalflächen 3 und einer zweiten, ebenfalls von außen zugänglichen, per Fuß bedienbaren Pedalflächen 4. Es ist aber möglich, dass der Fußschalter 1 nur eine Pedalfläche 3, 4 oder aber auch mehr als zwei Pedalflächen 3, 4 aufweist.
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Aus Gründen der Illustration sind die beiden Pedalflächen 4 im dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedlich gebildet, was insbesondere anhand der 2 deutlich wird. Im Regelfall werden die Pedalflächen 3, 4 eines Fußschalters 1 aber analog ausgebildet sein.
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Die Pedalfläche 3 ist durch einen Teil des Gehäuses 2 selbst gebildet, wobei die Pedalfläche 3 gegenüber dem übrigen Gehäuse 2 hervorstehend ausgebildet ist und der Übergang 5 zum eigentlichen Gehäuse 2 ausreichend dünn ausgestaltet, dass die Pedalfläche 3 bei ordnungsgemäßer Betätigung durch einen Fuß grundsätzlich leicht nachgeben kann.
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Unterhalb der Pedalfläche 3 ist ein Kraftsensor 7 vorgesehen, mit dem die auf die Pedalfläche 3 aufgebrachte Betätigungskraft ermittelt werden kann. Für eine gleichmäßige Verteilung der Betätigungskraft auf die gesamte Fläche des Kraftsensors 7 ist ein elastisch verformbares Pufferelement 6 in unmittelbaren Kontakt mit dem Kraftsensor 7 vorgesehen. Bei dem Pufferelement 6 handelt es sich um einen Gelbeutel mit elastischer Umhüllung.
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Die zweite Pedalfläche 4 ist durch einen Pedalkörper 9 gebildet, der gegenüber dem Gehäuse 2 in Richtung des durch den Pfeil 90 angedeuteten Freiheitsgrad beweglich gelagert ist. Unterhalb des Pedalkörpers 9 ist ein elastisch verformbares Pufferelement 6 vorgesehen, in dessen Innerem ein Kraftsensor 7 derart angeordnet, dass er vollständig vom Pufferelement 6 umgeben ist. Durch den Kraftsensor 7 kann die auf die Pufferfläche 4 ausgeübte Betätigungskraft erfasst werden.
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Die den beiden Pedalflächen 3, 4 zugeordneten Kraftsensoren 7 sind mit der Steuereinheit 8 verbunden. Die Steuereinheit 8 ist dazu ausgebildet, Steuerungssignale über die Funkantenne 10 auszusenden, sobald ein von einem der Kraftsensoren 7 ermittelte Betätigungskraft vorgegebene Schwellwerte überschreitet. Für den der Pedalfläche 3 zugeordneten Kraftsensor 7 ist dabei ein Schwellwert vorgegeben, unterhalb dessen kein Steuerungssignal und oberhalb dessen ein Steuerungssignal proportional zur Betätigungskraft ausgesendet wird. Für den der Pedalfläche 4 zugeordneten Kraftsensor 7 sind zwei Schwellwerte vorgeben, unterhalb derer kein Steuerungssignal, oberhalb des niedrigeren Schwellwertes ein erstes Steuerungssignal, und oberhalb des höheren Schwellwertes ein zweites Steuerungssignal ausgegeben werden.
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Die unterschiedlichen Schwellwerte der Steuereinheit 8 sind nutzerveränderlich, also an die persönlichen Nutzerpräferenzen angepasst. Die Anpassung der Schwellwerte kann bspw. über das medizintechnische Gerät (nicht dargestellt), welches von dem Fußschalter 1 gesteuert werden soll und regelmäßig über zur Einstellung von Schwellwerten geeignete Eingabemöglichkeiten verfügt, erfolgen, wobei die Schwellwerte dann drahtlos über die Funkantenne 10 an die Steuereinheit 8 des Fußschalters 1 übertragen werden können.
