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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für medizinische Anwendungen gemäß Anspruch 1 sowie eine Anordnung medizinischer Verstelleinrichtungen gemäß Anspruch 10.
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Im Bereich der Medizintechnik sind diverse Vorrichtungen bekannt, welche zur Verstellung eines Stellelementes dienen. Das Stellelement wiederum verrichtet durch seine Verstellung eine Arbeit, beispielsweise ein Verstellen eines daran angeschlossenen Elements oder wirkt auf ein anderes Element ein. Zur Verstellung des Stellelements weisen bisherige Vorrichtungen diverse Antriebe oder Aktoren auf.
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Ein konkreter Anwendungsfall einer Verstelleinrichtung ist die automatische Peritoneal-Dialyse (APD), bei welcher das menschliche Bauchfell als Filtermembran genutzt wird und eine Vorrichtung Abfallprodukte und überschüssiges Wasser durch Schläuche aus dem Körper und beispielsweise Spüllösung in den Körper pumpt. Diese Behandlung kann für 8 bis 10 Stunden andauern, wobei der Patient in diesem Zeitraum an die Bauchfell-Dialyse-Vorrichtung angeschlossen ist. Da der Patient in diesem Zeitraum in seiner Bewegungsfreiheit stark eingeschränkt ist, erfolgt die Behandlung in der Nacht während des Schlafs. Die Vorrichtung misst die für den Austausch erforderlichen Flüssigkeiten und regelt die Zeiten für Einlauf, Verweilzeit und Auslauf automatisch. Die Schläuche, durch welche die Flüssigkeiten fließen, werden von Stellelementen abgeklemmt, um einen Durchfluss zu verhindern, oder freigegeben, um einen Durchfluss zu ermöglichen, wobei die Verstellung durch die Vorrichtung erfolgt. Bislang werden als Antrieb oder Aktor zur Verstellung der Stellelemente Pneumatik-Magnetventile eingesetzt. Diese weisen zwar sehr kurze Verstellzeiten auf, jedoch verursachen diese Magnetventile bei Verstellung ein wahrnehmbares Geräusch. Auch der für die Magnetventile erforderliche Kompressor erzeugt Geräusche. Die Geräuschkulisse wird von Patienten als störend empfunden, was mitunter zu schlechtem Schlaf führen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine medizinische Verstelleinrichtung zu schaffen, welche die Probleme des Standes der Technik überwindet, insbesondere eine Verstelleinrichtung vorzuschlagen, welche geräuschärmer, vorzugsweise geräuschlos, der Verstellung eines Verstellelements dient und kompakt ausgebildet ist.
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Die Merkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 und Anspruch 10 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.
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Vorgeschlagen wird eine medizinische Verstellvorrichtung, umfassend ein Gehäuse, ein Formgedächtniselement, welches als Langelement ausgebildet ist und wahlweise zumindest zwischen einer verkürzten Aktivierungsform einer und dergegenüber verlängerten Ruheform verstellbar ist, zumindest ein Umlenkelement, um welches das Formgedächtniselement geführt ist, ein Stellelement, welches je nach Form des Formgedächtniselements zumindest zwischen einer Ruhestellung und einer Aktivierungsstellung entlang eines Stellwegs verstellbar ist, ein Hebelelement, welches um zumindest eine Drehachse drehbar gelagert ist, mit welchem sowohl das Formgedächtniselement als auch das Stellelement verbunden ist, um zumindest die durch die Aktivierungsform erzeugte Stellbewegung des Formgedächtniselements auf das Stellelement zu übersetzen.
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Die Erfindung schlägt also als Antrieb oder Aktor für das Stellelement ein Formgedächtniselement vor, weshalb auf ein bisher übliches Pneumatik-Magnetventil verzichtet wird. Dadurch kann in überraschend einfacher Weise die von dem Magnetventil und dem bisher nötigen Kompressor verursachte Geräuschkulisse gar nicht erst entstehen. Die Erfindung verzichtet daher vollständig auf Magnetaktuatoren, wie Hub- oder Drehmagnete, sowie auf eine motorische Lösung. Das verwendete Formgedächtniselement als Langelement, beispielsweise in Form eines Drahtes, generiert sehr geringe bis gar keine Schaltgeräusche, wobei hier als Maßstab die menschliche Hörgrenze gelten kann.
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Das Formgedächtniselement kann, um zwischen seinen beiden Formen verstellbar zu sein, einen Zweiweg-Memory-Effekt aufweisen, bei welchem es sich an die beiden Formen „erinnern“ kann, je nach eigener Temperatur. Das Formgedächtniselement wird erwärmt und zieht sich bei einer vorbestimmten Erwärmungstemperatur durch eine Gefügeänderung (von Martensit zu Austenit) zusammen bis es seine verkürzte Aktivierungsform aufweist, wobei die Erwärmung über die Joulesche Wärme erfolgen kann. Lässt die Temperatur nach, erfolgt erneut eine Gefügeänderung (von Austenit zu Martensit) und das Formgedächtniselement verlängert sich und kehrt in sei Ruheform zurück. Die Umwandlung der Form kann beim intrinsischen Zweiwegeffekt nur stattfinden, wenn keine äußeren Kräfte entgegenwirken. Daher ist das Formgedächtniselement beim Abkühlen nicht in der Lage, Arbeit zu verrichten. Um ein schnellstmögliches Rückkehren des Formgedächtniselements in seine Ruheform zu gewährleisten, kann die Verstelleinrichtung derart ausgestaltet sein, dass das Formgedächtniselement beim Abkühlen frei von einer entgegenstehenden Kraftbeanspruchung ist. Das Formgedächtniselement kann aus NiTi, CuZnAI, CuAINi, FeNiCoTi oder FeMnSi gefertigt sein. Die erzeugte Gefügeänderung wird hier genutzt, um eine Bewegung des Stellelements hervorzurufen.
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Jedoch bringt das vorgeschlagene Formgedächtniselement als Langelement als solches im Anwendungskontext auch Nachteile mit sich, welche bei der Nutzung von Magnetaktuatoren so nicht auftreten. Diese Nachteile werden jedoch von der Erfindung ebenfalls gelöst. Eine grundsätzliche Anforderung an das Formgedächtniselement ist beispielsweise eine lange Lebensdauer. Diese Lebensdauer steigt mit der Verringerung der prozentualen Dehnung des Formgedächtniselements, um einen gewünschten Stellweg des Stellelements zu realisieren, welcher beispielsweise ein Hub sein kann. Je länger also das Formgedächtniselement ist, desto geringer ist dessen prozentuale Dehnung bei gleichbleibendem Stellweg. Der Verlängerung des Formgedächtniselements steht jedoch konträr gegenüber, dass auch Bauraumbeschränkungen zu beachten sind und das Gehäuse also nicht beliebig groß gestaltet werden kann. Eine Bauraumbeschränkung kann unmittelbaren Einfluss auf die Bauform des Formgedächtniselements, die Rückstellung und die Art der Wärmeabgabe haben. Um eine möglichst lange Lebensdauer zu gewährleisten, ist das Formgedächtniselements daher um zumindest ein Umlenkelement geführt, um es möglichst lang auszubilden und, um ein möglichst kleines Gehäuse zu realisieren. In Abhängigkeit des Umschlingungswinkels von Umlenkelement und Formgedächtniselement kann die Verlaufsrichtung des Formgedächtniselements im Gehäuse so ausgebildet werden, dass ein möglichst kompaktes Gehäuse realisierbar ist, in welchem des Formgedächtniselements vollständig aufgenommen ist. Somit kann ein möglichst langes Formgedächtniselement in einen äußerst kleinen Bauraum integriert werden.
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Das Umlenkelement kann einen zylindrischen Grundkörper aufweisen, an dessen Umfangsfläche zumindest abschnittsweise das Formgedächtniselement anliegt. Hierzu kann die Umfangsfläche eine Einwölbung aufweisen, die das Formgedächtniselement zentriert hält. Das Hebelelement realisiert eine Übersetzung, mit welcher es gelingt die Kraft oder den Hub oder die Hubgeschwindigkeit ideal an das Formgedächtniselement als Langelement anzupassen bzw. an die jeweils geforderten Anwendungsparameter Kraft und Hub. Das Formgedächtniselement greift also nicht unmittelbar am Stellelement an. Durch die Kombination von Gedächtniselement und Hebelelement kann eine Stellgeschwindigkeit erreicht werden, die mit der Stellgeschwindigkeit bisheriger Magnetaktuatoren vergleichbar ist.
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Zur Steigerung der Lebensdauer des Formgedächtniselements ist ein großer Durchmesser des zylindrischen Grundkörpers des Umlenkelements vorteilhaft, da sich dadurch ein gleichsam großer Biegeradius des Formgedächtniselements ergibt. Der effektive Durchmesser des zylindrischen Grundkörpers des Umlenkelements kann zur Länge des Formgedächtniselements in seiner Ruheform zwischen benachbarten Umlenkelementen oder zwischen einer Anbindung des Formgedächtniselements und einem benachbarten Umlenkelement ein Verhältnis haben im Bereich von 1:3,5 bis 1:5, vorzugsweise im Bereich von 1:4 bis 1:4,5. Die Länge des Formgedächtniselements zwischen benachbarten Umlenkelementen kann die Länge des Formgedächtniselements zwischen dem Beginn eines halben Umschlingungswinkels des einen Umlenkelements bis zum Ende eines halben Umschlingungswinkels des benachbarten Umlenkelements sein.
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Das Stellelement kann beispielsweise ein Bolzen sein. Das Stellelement kann zumindest in der Aktivierungsstellung zumindest abschnittsweise aus dem Gehäuse ragen. Es ist also in Aktivierungsstellung vom Gehäuse weg verstellbar. Dadurch kann die Verstellvorrichtung einfach zu einem Element, beispielsweise einem Schlauch oder einer Membran, angeordnet werden, auf welches das Stellelement einwirken soll, ohne, dass das das Element in das Gehäuse selbst eingebracht werden muss. Das Stellelement kann alternativ zumindest in der Aktivierungsstellung zum Gehäuse hin verstellt werden, wobei auch hier das Stellelement zumindest abschnittsweise aus dem Gehäuse ragen kann.
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Weiterbildungsgemäß kann die Drehachse des mindestens einen Umlenkelements gehäusefest sein. Das Umlenkelement kann also um eine Drehachse drehbar sein, um eine Reibung zwischen Formgedächtniselement und Umlenkelement zu reduzieren. Die gehäusefeste Drehachse dient als räumlich definierter Drehpunkt innerhalb des Gehäuses. Alternativ kann die Drehachse des mindestens einen Umlenkelements relativ zum Gehäuse verstellbar sein, beispielsweise zur Ausbildung einer Flaschenzuganordnung. Dadurch können die Vorzüge eines Flaschenzugs bei der Verstellvorrichtung Anwendung finden, wobei auch mehrere Umlenkelemente einer oder beider Ausgestaltungen denkbar sind. Es ist auch möglich, Umlenkelemente in einen Kniehebel zu integrieren, so dass deren Drehachse relativ zum Gehäuse verschieblich ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Verstellvorrichtung nach der Erfindung kann das Verhältnis vom Durchmesser [mm] des Formgedächtniselements zur Spannung [σ] des Formgedächtniselements in dessen Aktivierungsform im Bereich von 1:250 bis 1:1750 liegen, vorzugsweise im Bereich von 1:300 bis 1:1400 liegen. Der Durchmesser des zu wählenden Formgedächtniselements oder der Drahtdurchmesser steht in einem direkten Verhältnis zur geforderten Kraft und somit der Drahtspannung, wobei sich diese Verhältnisse also besonders vorteilhaft erwiesen haben.
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Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verstellvorrichtung nach der Erfindung denkbar, dass das Verhältnis der Länge [mm] des Formgedächtniselements zur Länge [mm] des Stellwegs des Stellelements im Bereich von 200:1 bis 20:1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 100:1 bis 40:1 liegt. Die Länge des Formgedächtniselements kann sich auf seine Ruheform beziehen. Je größer das Verhältnis wird, desto langlebiger ist das Formgedächtniselement, da dessen prozentuale Dehnung klein gehalten werden kann.
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Das Hebelelement kann als ein Hebel mit Lastarm und Kraftarm, als Exzenterscheibe oder als ein Kniehebel ausgebildet sein. Der Hebel kann auch ein einseitiger Hebelarm sein. Der Hebel kann von einer gehäusefesten Drehachse durchgriffen sein. Lastarm und Kraftarm können gleichlang ausgebildet sein. Die Exzenterscheibe kann ebenfalls um eine gehäusefeste Drehachse drehbar gelagert sein und/oder mit ihrer Umfangsfläche auf das Verstellelement zu dessen Verstellung einwirken. Das Formgedächtniselement kann am Lastarm angreifen, um eine hohe Verstellgeschwindigkeit des Stellelements zu realisieren.
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Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung kann auch zumindest ein Kraftspeichermittel umfassen, welches das Stellelement in eine seiner beiden Stellungen vorspannt. Das Kraftspeichermittel kann beispielsweise eine Schraubendruckfeder und/oder im Gehäuseinneren angeordnet sein. Das Kraftspeichermittel kann das Stellelement in seine Ruhestellung vorspannen, wobei hier eine „normal-open“-Konfiguration realisierbar ist. Dadurch kann beispielsweise ein Schlauch nicht geklemmt werden und ein Durchfluss ermöglicht werden. Spannt das Kraftspeichermittel das Stellelement jedoch in seine Aktivierungsstellung vor, ist eine „normal-closed“-Konfiguration realisierbar. Dadurch kann beispielsweise ein Schlauch oder eine Membran geklemmt werden und ein Durchfluss verhindert werden. Denkbar ist sowohl, dass das Stellelement zum Abklemmen des Schlauches vom Gehäuse weg verstellt wird, um den Schlauch zwischen sich und einem Widerlager zu drücken. Alternativ ist denkbar, dass das Stellelement zum Abklemmen des Schlauches zum Gehäuse hin verstellt wird, um den Schlauch zwischen sich und beispielsweise dem Gehäuse als Widerlager zu drücken - hier kann das Stellelement beispielsweise einen Drückabschnitt aufweisen. Alternativ ist denkbar, dass das Stellelement zum Abklemmen des durch das Gehäuse führbaren Schlauches innerhalb des Gehäuses hin zu einer Aufnahme für den Schlaucht verstellt wird, um den Schlauch zwischen sich und einem Widerlager, beispielsweise die Aufnahme, zu drücken. Neben einer Schraubendruckfeder ist auch eine Schraubenzugfeder oder eine Blattfeder denkbar, um diese Vorspannungswirkung zu erzielen. Dadurch ist eine definierte Endlage des Stellelements ausbildbar, insbesondere in einer stromlosen Stellung, in der keine Joulesche Wärme erzeugbar ist.
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Erfindungsgemäß kann die Verstellvorrichtung zumindest zwei Kraftspeichermittel umfassen, wobei eines der Kraftspeichermittel das Stellelement in seine Ruhestellung vorspannt und eines der Kraftspeichermittel das Stellelement in seine Aktivierungsstellung vorspannt, wobei die von dem Stellelement in seiner Aktivierungsstellung applizierbare Druckkraft oder Zugkraft maximal der Kraft des Kraftspeichermittels entspricht, welches das Stellelement in seine Aktivierungsstellung vorspannt. Durch die derartige Kombination der Kraftspeichermittel wird erreicht, dass die Kraft, die das Stellelement aufbringt nie größer ist als die Kraft desjenigen Kraftspeichermittels, das das Stellelement in seine Aktivierungsstellung vorspannt. Hierdurch wird eine Kraftbegrenzung erreicht, die ein Element (wie zum Beispiel ein Schlauch), auf welches das Stellelement einwirkt, vor Beschädigung schützt.
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Die Verstellvorrichtung kann eine Steuervorrichtung umfassen, welche eine Formänderung des Formgedächtniselements regelt. Die Steuervorrichtung kann eine Platine mit Ansteuerelektronik umfassen, die im Gehäuse aufgenommen ist. An der Platine kann das Formgedächtniselement einends angeordnet sein. Ein elektrischer Strom kann zur Erzeugung der Joulesche Wärme anderenends in das Formgedächtniselement eingeleitet oder ausgeleitet werden, um eine gleichmäßige Wärme über die Länge des Formgedächtniselements zu erzeugen.
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Weiterbildungsgemäß kann die Verstellvorrichtung eine verstellbare Spannvorrichtung umfassen, mittels welcher eine Zugspannung in das Formgedächtniselement eintragbar ist. Dadurch kann beispielsweise eine Längung des Formgedächtniselements über seine Lebensdauer ausgeglichen werden und zwar dadurch, dass das Formgedächtniselement nachgespannt wird. Das kann gestuft oder auch stufenlos erfolgen, beispielsweise mittels Gewinde. Die Spannvorrichtung kann beispielsweise eine Stellschraube aufweisen, an welcher eine Haltebasis translatorisch geführt ist, um einen Spindeltrieb auszubilden. An der Haltebasis kann das Formgedächtniselement einends angeordnet und mit dieser verstellbar sein.
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Weiterbildungsgemäß kann die Verstellvorrichtung zumindest eine Positionssensorik zur Erfassung der Position des Stellelementes und/oder der Deckplatte umfassen. Die Positionssensorik kann mit der Steuervorrichtung datenverbunden sein, vorzugsweise kabelgebunden. Denkbar ist beispielsweise ein Positionssensor, der im Gehäuse angeordnet sein kann und, der die Position des Stellelementes und/oder der Deckplatte erfassen kann. Diese Sensordaten können dann zu Ermittlung der aktuellen Position des Stellelementes verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Widerstand des Formgedächtniselements mittels eines Widerstandssensors gemessen werden. Mittels dieser Sensordaten kann dann auf die Dehnung des Formgedächtniselements und dadurch wiederum auf den verursachten Stellweg des Stellelements und dessen aktuelle Position geschlossen werden.
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Weiterbildungsgemäß kann die Verstellvorrichtung zumindest eine Kühlvorrichtung umfassen. Die Kühlvorrichtung dient dem Kühlen des Formgedächtniselements zumindest während der Verstellung in die Ruheform. Das Formgedächtniselement kann aus einem trägen Werkstoff gebildet sein und eine Kühlung desselben bei Rückstellung in die Ruheform kann die Rückstellzeit kurz halten. Dies wiederum hängt mit der Gefügeumwandlung von Austenit zurück in den Martensit zusammen, die unterhalb einer bestimmten Temperatur eintritt. Die Kühlung kann passiv und/oder aktiv erfolgen. Zu den passiven Kühlvorrichtungen zählen beispielsweise Kühlrippen, Kühlkörper oder gezielte Öffnungen am Gehäuse um einen Wärmeaustausch zwischen dem Formgedächtniselement und/oder der Luft im Innenraum des Gehäuses und/oder dem Gehäuse selbst einerseits und der Umgebungsluft des Gehäuses andererseits zu realisieren. Zu den aktiven Kühlvorrichtungen zählen beispielsweise ein Ventilator, eine Wasserkühlung oder Ölkühlung, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Formgedächtniselement und/oder der Luft im Innenraum des Gehäuses und/oder dem Gehäuse selbst einerseits und der Umgebungsluft des Gehäuses andererseits zu realisieren.
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Erfindungsgemäß wird auch eine Anordnung medizinischer Verstellvorrichtungen vorgeschlagen, umfassend in jeweils separaten und benachbarten Gehäusen eine medizinische Verstellvorrichtung nach der Offenbarung als Master-Modul und zumindest eine medizinische Verstellvorrichtung nach der Offenbarung als Slave-Modul, wobei zwischen benachbarten Gehäusen zumindest eine Datenschnittstelle ausgebildet ist und zumindest das Master-Modul eine Steuervorrichtung umfasst. Dadurch kann eine Anordnung realisiert werden, die modular aufgebaut ist und je nach Anwendungsfall beliebig um weitere Slave-Modul erweiterbar und verkleinerbar ist. Das Master-Modul kann ausgebildet sein, um die Anzahl der Slave-Module selbstständig zu erkennen. Die über die Datenschnittstellen übertragenen Daten werden von einem betroffenen Slave-Modul zum Master-Modul hin durch zu passierende Slave-Module durchgereicht und umgekehrt. Es kann beispielsweise jedem Schlauch einer Bauchfell-Dialyse-Vorrichtung ein Modul mit einem Stellelement zugeordnet sein.
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Denkbar ist zudem eine Bauchfell-Dialyse-Vorrichtung, umfassend eine medizinische Verstellvorrichtungen nach der Offenbarung oder eine Anordnung medizinischer Verstellvorrichtungen nach der Offenbarung.
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Denkbar ist zudem eine Verwendung einer medizinischen Verstellvorrichtung nach der Offenbarung oder einer Anordnung medizinischer Verstellvorrichtungen nach der Offenbarung in einer Bauchfell-Dialyse-Vorrichtung zum Abklemmen und/oder Freigeben eines Schlauches oder mehrerer Schläuche. Die Stellvorrichtung ist zum Abklemmen und/oder Freigeben des Schlauches ausgebildet.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer medizinischen Verstellvorrichtung gemäß erster Ausführungsform;
- 2 eine schematische Ansicht einer medizinischen Verstellvorrichtung gemäß zweiter Ausführungsform;
- 3 eine schematische Ansicht einer medizinischen Verstellvorrichtung gemäß dritter Ausführungsform;
- 4a eine schematische Ansicht einer medizinischen Verstellvorrichtung gemäß vierter Ausführungsform;
- 4b eine Detailansicht aus 4a mit einem Stellelement;
- 5 eine schematische Ansicht einer medizinischen Verstellvorrichtung gemäß fünfter Ausführungsform;
- 6 eine schematische Ansicht einer medizinischen Verstellvorrichtung gemäß sechster Ausführungsform;
- 7a eine schematische Ansicht einer Anordnung medizinischer Verstellvorrichtungen; und
- 7b eine schematische Perspektivansicht der Anordnung nach 7a.
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Bereits beschriebene Merkmale werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut beschrieben und sind auf alle Elemente mit gleichen oder einander entsprechende Bezugszeichen anwendbar, sofern nicht explizit ausgeschlossen. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
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1 zeigt eine medizinische Verstellvorrichtung 40 gemäß einer ersten Ausbildung. Die gezeigte Verstellvorrichtung 40 kann zum Abklemmen eines nicht gezeigten Schlauches dienen und in einer Bauchfell-Dialyse-Vorrichtung angeordnet sein. In einem Gehäuse 2 mit gezeigtem Grundkörper und ausgeblendeter Abdeckplatte sind in drei der vier Ecken Bohrungen 36 für Schrauben 38 Vorgesehen, über die Grundkörper und Abdeckplatte miteinander verschraubt werden können. Das Gehäuse 2 bildet einen Innenraum 42 aus, wobei eine Strom- und Datenleitung 44 in das Gehäuse 2 einführt. Die Strom- und Datenleitung 44 führt zu einer Steuervorrichtung 26 in dem Gehäuse 2, welche eine Platine umfasst. Die Platine ist in Halteaufnahmen 46 an der Längsseite des Gehäuses 2 gehalten. Die Steuervorrichtung 26 ist über eine Stromleitung 48 mit einem Formgedächtniselement 4 verbunden, welche einends einen elektrischen Strom in das als Draht ausgebildete Formgedächtniselement 4 einleitet. Die Steuervorrichtung 26 regelt eine Formänderung des Formgedächtniselements 4 mittels Stromzufuhr, welches zwischen einer verkürzten Aktivierungsform und einer dergegenüber verlängerten Ruheform verstellbar ist.
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Das Formgedächtniselement 4 ist einends über eine Anbindung, beispielsweise eine Anschraubung 52 an einer Haltebasis 54 befestigt. Auch die Stromleitung 48 führt in die Anschraubung 52. Das Formgedächtniselement 4 ist über zwei Umlenkelemente 6a, 6b mit jeweils gehäusefester Drehachse 16a, 16b geführt, wobei ein Umschlingungswinkel hier etwa 160° bis 180° beträgt. Die Umlenkelemente 6a, 6b sind zylindrisch ausgebildet und weisen umfangsseitig eine umlaufend Einwölbung auf, in welcher das Formgedächtniselement 4 geführt ist. Das Formgedächtniselement 4 ist also über seine Länge L zweifach umgelenkt. An der der Anschraubung 52 gegenüberliegenden Seite ist das Formgedächtniselement 4 anderenends an ein als Hebel 12 ausgebildetes Hebelelement 10 angebunden, beispielsweise über eine Anschraubung 56. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit ist es, wenn an der Anschraubung 56 nicht ein Ende des Formgedächtniselements 4 angeordnet ist, sondern dieses eine Gehäusebefestigung vermittels gehäusefester Halterung aufweist und an der Stelle der gezeigten Anschraubung 56 ein Umlenkelement angeordnet ist, über welches das Formgedächtniselements 4 geführt ist. Somit könnte das Formgedächtniselements 4 um dieses Umlenkelement umgelenkt werden. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit ist es, wenn an der Anschraubung 56 nicht ein Ende des Formgedächtniselements 4 angeordnet ist, sondern an der Stelle der gezeigten Anschraubung 56 ein Umlenkelement angeordnet ist, über welches das Formgedächtniselements 4 geführt ist. Von dort aus kann es über die bis dahin passieren Umlenkelemente wieder zurück zur Anschraubung 52 geführt sein. Hierbei können die Umlenkelemente umfangsseitig zwei Einwölbungen für die Doppelumlenkung des Formgedächtniselements 4 aufweisen. Der Vorteil hierbei ist es, dass man die doppelte Drahtlänge generiert und somit mehr Hub realisiert werden kann. Oder, da man hierbei mehr Kraft generiert (Zwei Kraftvektoren die am Hebel angreifen), kann ein kleinerer Durchmesser des Formgedächtniselements 4 gewählt werden, was kürzere Schaltzeiten mit sich bringen würde.
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Die Anbindung kann eine lose Anbindung sein, um ein relatives Verdrehen vom Hebel 12 zum Formgedächtniselement 4 zu ermöglichen. An die Verschraubung 56 ist eine Stromleitung 80 angebunden, welche einen Stromkreis schließt zwischen dem Formgedächtniselement 4 und der Platine. Zwischen seinen beiden Enden weist das Formgedächtniselement 4 die Länge L und eine konstante Dicke bzw. einen Durchmesser D auf.
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Der Hebel 12 weist zwei Arme auf, einen kürzeren Arm 58 und einen demgegenüber längeren Arm 60, und ist um eine Drehachse 14 zwischen den Armen 58, 60 drehbar gelagert. Der Hebel 12 dient also als Übersetzung. Am dem Arm 58 bezüglich der Drehachse 14 gegenüberliegenden Ende weist der Hebel 12 eine Abrollauswölbung 62 auf, welche auf ein als Bolzen 64 ausgebildetes Stellelement 8 einwirken kann.
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Der Bolzen 64 ist in seiner Ruhestellung dargestellt und in selbige mittels einer Schraubendruckfeder 66 als Kraftspeichermittel 22 vorgespannt. Die Schraubendruckfeder 66 stützt sich einerseits an einer Gehäuseinnenwand und andererseits an einer Deckplatte 70 ab, auf welcher gegenüberliegend die Abrollauswölbung 62 abrollt. Bolzen 64 und Deckplatte 70 sind fest miteinander verbunden. Um ein Verkippen um seine Längsachse zu verhindern, ist der Bolzen 64 durch einen Manschettenabschnitt 72 des Gehäuses 2 geführt, wobei hierdurch eine Gleitlagerung ausgebildet ist.
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Die Haltebasis 54 ist Teil einer Spannvorrichtung 28. Die Spannvorrichtung 28 umfasst ein gehäuseaußenseitig angeordnetes Rändel 74, an welchem eine gehäuseinnenseitig angeordnete Spindel 76 angeordnet ist. Das Rändel 74 oder ein Manipulationsmittel zum Einstellen der Spannung kann auch im Gehäuse angeordnet sein und beispielsweise durch einen Durchgriff im Gehäuse bedient werden. Auf der Spindel 76 ist in das Außengewinde der Spindel 76 eingreifend die Haltebasis 54 translatorisch verstellbar geführt. Die Haltebasis 54 stützt sich zudem in einer Führungsausnehmung 78 des Gehäuses ab, um eine Rotation um die Längsachse der Spindel 76 zu verhindern. Ein Drehen am Rändel 74 verstellt die Haltebasis 54 entlang der Längsachse der Spindel 76, je nach Drehrichtung auf das Rändel 74 zu oder von diesem weg. Die Spannvorrichtung 28 dient zum Spannen des Formgedächtniselements 4.
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Das Einleiten eines elektrischen Stromes via der Stromleitung 44 oder 80 in das Formgedächtniselement 4 führt zur Erzeugung einer Jouleschen Wärme und zur Formänderung Formgedächtniselement 4 aus der Ruheform in die Aktivierungsform. Das Formgedächtniselement 4 verkürzt sich dabei und zieht, bezogen auf die Bildebene, am Arm 58. Der Hebel 12 verdreht sich um seine Drehachse 14 und der Arm 60 drückt über die Abrollauswölbung 62 auf die Deckplatte 70. Dadurch wird der Bolzen 64 gegen die Federkraft der Schraubendruckfeder 66 um einen Stellweg S in Richtung gehäuseextern in seine Aktivierungsstellung verstellt. Dadurch kann ein Schlauch abgeklemmt werden.
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Wird der das Formgedächtniselement 4 durchfließende elektrische Strom abgeschaltet, kühlt es ab und kehrt in seine Ruheform zurück. Die Rückstellung des Bolzens 64 in seine Ruhestellung erfolgt mittels Schraubendruckfeder 66 bis die Schraubendruckfeder 66 den Arm 60 gegen einen gehäusefesten Anschlag 82 drückt, der ein weiteres Verstellen des Hebels 12 und des Bolzens 64 verhindert.
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Die 2 bis 5 zeigen diverse weitere Ausführungen, wobei lediglich auf deren Unterschiede zu 1 eingegangen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Auch bereits bezüglich einer Figur beschriebene Merkmale werden in nachfolgend beschriebenen Figuren nicht noch einmal aufgegriffen, obwohl abgebildet.
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Die Verstellvorrichtung 40 nach 2 verzichtet auf eine Spannvorrichtung 28. Daher ist das Formgedächtniselement 4 über die Anschraubung 52 am Gehäuse 2 gehalten. Zudem ist eine vierte Bohrung 36 vorgesehen. Das Formgedächtniselement 4 ist nunmehr über drei Umlenkelemente 6a, 6b, 6c geführt, wobei auch das dritte Umlenkelement 6c um eine gehäusefeste Drehachse 16c drehbar gelagert ist. Die dritte Umlenkung dient der Verwendung eines noch längeren Formgedächtniselements 4 bei gleichbleibenden Gehäuseaußenabmessungen. Ein Umschlingungswinkel kann hier etwa 170° bis 180° betragen.
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Die Verstellvorrichtung 40 nach 3 umfasst nun wieder eine zweifache Umlenkung, jedoch ist die Platine nun in Halteaufnahmen 46 entlang der Stirnseite des Gehäuses 2 gehalten. Das Formgedächtniselement 4 ist unter Weglassen der Stromleitung 48 und der Anschraubung 52 unmittelbar an die Platine angebunden. Anstelle des Hebels 12 ist eine Exzenterscheibe 18 als Hebelelement 10 vorgesehen. Die Exzenterscheibe 18 ist um die Drehachse 14 drehbar gelagert und liegt über ihre Umfangsoberfläche 84 an der Deckplatte 70 an. Das Formgedächtniselement 4 ist am kurzen Arm 58 der Exzenterscheibe 18 angebunden, um einen großen und schnellen Hub des Stellelements 8 zu realisieren. Der Bolzen 64 tritt nun mittig aus der Stirnseite des Gehäuses aus. Auf einen Anschlag 82 kann die dritte Ausführungsform verzichten.
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Die 4a und 4b zeigen keine Draufsicht der Verstellvorrichtung 40, so wie die 1 bis 3 und 5, sondern einen Schnitt durch das Gehäuse 2. Grundsätzlich ähnelt aber die Ausführung der 4a der Ausführung nach 3. Zu sehen sind nun die gehäusefesten und sternförmigen Träger 86 für die Umlenkelemente 6a, 6b, 6c. Das Formgedächtniselement 4 ist lediglich ausgeblendet, jedoch abermals zweifach umgelenkt. Das Gehäuse 2 weist lediglich zwei Bohrungen 36 an den diametral gegenüberliegenden Ecken auf. Der Anschlag 82 ist nun am Arm 58 angeordnet und zwar so, dass die Schraubendruckfeder 66 den Arm 58 gegen den Anschlag 82 drückt.
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Die Verstellvorrichtung umfasst eine Druckbegrenzung für das Stellelement 8. Hierzu umfasst sie zumindest zwei Kraftspeichermittel 22, 24, welche beide als Schraubendruckfedern 66, 68 ausgebildet sind. Das Kraftspeichermittel 22 spannt wie gehabt das Stellelement 8 in seine Ruhestellung vor. Das andere Kraftspeichermittel 24 jedoch spannt das Stellelement 8 in seine Aktivierungsstellung vor. Dazu stützt sich das Kraftspeichermittel 24 einerseits an der Deckplatte 70 an andererseits am Stellelement 8 ab. Das Stellelement 8 und die Deckplatte 70 sind also hier relativ zueinander beweglich. Fest mit der Deckplatte 70 ist jedoch eine Innenführungshülse 88 verbunden, beispielsweise verpresst, welche umfangseitig in einer Zwischenhülse 90 entlang der Längsachse des Stellelements 8 geführt ist. Die Zwischenhülse 90 ist fest verbunden mit einem Deckelelement 92, durch welches das Stellelement 8 ragt. Der Bolzen 64 weist einen Kopfabschnitt 94 mit gegenüber seinem Stößelabschnitt 96 vergrößerten Durchmesser auf, an welchem sich die Schraubendruckfeder 68 abstützt. Mittels Kopfabschnitt 94 ist das Stellelement 8 in der Innenführungshülse 88 geführt. Mittels Stößelabschnitt 96 ist das Stellelement 8 in dem Deckelelement 92 geführt. Die Innenführungshülse 88 weist einen Anschlagsflansch 98 auf, gegen welchen die Schraubendruckfeder 68 den Kopfabschnitt 94 druckbeaufschlagt.
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In Ruheform des Formgedächtniselements 4 drückt die Schraubendruckfeder 66 gegen die Deckplatte 70 und zieht dadurch über die Innenführungshülse 88 und ihre den Kopfabschnitt 94 untergreifende Anschlagsflansch 98 das Stellelement 8 in das Gehäuse 2 hinein. In Aktivierungsform des Formgedächtniselements 4 drückt die Abrollauswölbung 62 gegen die Deckplatte 70 und verstellt diese nach gehäusextern bis sie an die Zwischenhülse 90 oder den Manschettenabschnitt 72 stößt. Das Stellelement 8 kann nun nicht noch weiter in Richtung vom Gehäuse 2 weg verstellt werden. Um nun ein Zerquetschen eines Schlauches zu verhindern, ist das Stellelement 8 mittels Schraubendruckfeder 68 federnd gelagert und kann entsprechend der Federkraft der Schraubendruckfeder 68 nachgeben und wieder in Richtung Gehäuse 2 verstellt werden. Somit entspricht die von dem Stellelement 8 in seiner Aktivierungsstellung applizierbare Druckkraft maximal der Kraft des Kraftspeichermittels 24, welches das Stellelement 8 in seine Aktivierungsstellung vorspannt.
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Die bisher in den 1 bis 4b gezeigten Verstellvorrichtungen 40 weisen eine „normal-open“-Konfiguration auf. Die 5 zeigt nun eine Verstellvorrichtung 40 mit einer „normal-closed“-Konfiguration. Hierbei wird davon ausgegangen, dass ein ausgestelltes Stellelement 8 einen Schlauch drückt. Dazu ist das Hebelelement 10 als einseitiger und um die Drehachse 14 drehbarer Hebel ausgebildet. Das Formgedächtniselement 4 ist über die lose Anschraubung 58 an dem einseitigen Hebelelement befestigt. An dem der Drehachse 14 gegenüberliegenden Ende liegt das Hebelelement in Ruheform des Formgedächtniselements 4 auf dem Manschettenabschnitt 72 auf, der den Anschlag 82 ausbildet. Dahin wird das Hebelelement von der Schraubendruckfeder 66 druckbeaufschlagt, die sich einends an der Deckplatte 70 abstützt. Die Deckplatte 70 ist gehäusefest in Halteaufnahmen 100 gehalten. Anderenends stützt sich die Schraubendruckfeder 66 am Kopfabschnitt 94 ab und drückt diesen gegen das Hebelelement. Das Hebelelement kann stellelementseitig einen Durchbruch aufweisen, durch welchen das Stellelement 8 ragt, beispielsweise mit dem Kopfabschnitt 96. In der Aktivierungsform zieht das Formgedächtniselement 4 das Hebelelement gegen die Federkraft der Schraubendruckfeder 66 an und nimmt dadurch auch den Kopfabschnitt 96 und somit das Stellelement 8 in Richtung Gehäuse 2 mit.
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Die Verstellvorrichtung 40 nach 6 umfasst ein möglichst kompaktes fünfeckiges Gehäuse 2, in welchem lediglich ein Umlenkelement 6a angeordnet ist. Die Drehachse 16a des Umlenkelements 6a ist relativ zum Gehäuse 2 beweglich. Das Umlenkelement 6a weist den zylinderförmigen Körper auf, der das Formgedächtniselement 4 führt. Entlang seiner Drehachse 16a weist das Umlenkelement 6 beidseits jeweils einen zylinderförmiger Führungsabschnitt 102 auf, die in jeweils einen ersten Abschnitt 104a einer L-förmigen Führungskulisse 104 eingreifen. Das Umlenkelement 6 weist einen Verbindungsabschnitt 106 auf, an dessen Ende ebenfalls beidseits jeweils ein zylinderförmiger Führungsabschnitt 108 angeordnet ist, die in jeweils einen zweiten Abschnitt 104b der L-förmigen Führungskulisse 104 eingreifen und um eine Drehachse 110 drehbar sind. Die beiden Abschnitte 104a, 104b schließen einen rechten Winkel ein, wobei der zweite Abschnitt 104b in Längsrichtung des Stellelements 8 verläuft. Die Verstellvorrichtung 40 nach 6 bildet also einen Kniehebel 20 als Hebelelement aus. Die Führungsabschnitte 108 durchgreifen ein gehäuseseitiges Ende des Stellelements 8 und sind daher mit selbigem verstellbar. Das Stellelement 8 kann in die dargestellte Ruhestellung mittels nicht gezeigtem Kraftspeichermittel vorgespannt sein.
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Das Formgedächtniselement 4 ist einends an der Platine der Steuervorrichtung 26 und anderenends an einer Halterung 112 gehäusefest gehalten. Die Verkürzung des Formgedächtniselements 4 in seiner Aktivierungsform führt nun dazu, dass die Führungsabschnitte 102 in den ersten Kulissenabschnitten 104a bezüglich der Bildebene nach links verschoben werden. Diese Bewegung überträgt sich über den Verbindungsabschnitt 106 auf die Führungsabschnitte 108, die in den Kulissenabschnitten 104b nach unten bewegt werden. Gleichsam bewegt sich dadurch auch das Stellelement 8 in seine Aktivierungsstellung und in Richtung aus dem Gehäuse 2.
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Die 7a und 7b zeigen jeweils eine Anordnung 30 von einer medizinischen Verstellvorrichtung 40 und fünf medizinischen Verstellvorrichtungen 50. Gehäuseintern können die Verstellvorrichtungen 50 identisch zu der Verstellvorrichtung 40 sein. Jede Verstellvorrichtung 40, 50 weist ein separates Gehäuse 2 auf, wobei die Verstellvorrichtungen 40, 50 benachbart zueinander in einer Reihe angeordnet sind. Die eine Verstellvorrichtung 40 ist als Master-Modul ausgebildet, da deren Steuervorrichtung 26 die Anordnung und somit sich alle Verstellvorrichtungen 50 regelt. Die übrigen fünf Verstellvorrichtungen 50 sind als Slave-Modul ausgebildet, wobei zwischen benachbarten Gehäusen 2 zumindest eine Datenschnittstelle 32 ausgebildet ist. Jedes Slave-Modul kann einen Stecker 34 aufweisen, welcher in ein benachbartes Modul einsteckbar ist. Lediglich das Master-Modul weist die Strom- und Datenleitung 44 auf.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gehäuse
- 4
- Formgedächtniselement
- 6a
- Umlenkelement
- 6b
- Umlenkelement
- 6c
- Umlenkelement
- 8
- Stellelement
- 10
- Hebelelement
- 12
- Hebel
- 14
- Drehachse
- 16a
- Drehachse
- 16b
- Drehachse
- 16c
- Drehachse
- 18
- Exzenterscheibe
- 20
- Kniehebel
- 22
- Kraftspeichermittel
- 24
- Kraftspeichermittel
- 26
- Steuervorrichtung
- 28
- Spannvorrichtung
- 30
- Anordnung
- 32
- Datenschnittstelle
- 34
- Stecker
- 36
- Bohrung
- 38
- Schraube
- 40
- medizinische Verstellvorrichtung
- 42
- Innenraum
- 44
- Strom- und Datenleitung
- 46
- Halteaufnahme
- 48
- Stromleitung
- 50
- medizinische Verstellvorrichtung
- 52
- Anschraubung
- 54
- Haltebasis
- 56
- Anschraubung
- 58
- Arm
- 60
- Arm
- 62
- Abrollauswölbung
- 64
- Bolzen
- 66
- Schraubendruckfeder
- 68
- Schraubendruckfeder
- 70
- Deckplatte
- 72
- Manschettenabschnitt
- 74
- Rändel
- 76
- Spindel
- 78
- Führungsausnehmung
- 80
- Stromleitung
- 82
- Anschlag
- 84
- Umfangsoberfläche
- 86
- Träger
- 88
- Innenführungshülse
- 90
- Zwischenhülse
- 92
- Deckelelement
- 94
- Kopfabschnitt
- 96
- Stößelabschnitt
- 98
- Anschlagsflansch
- 100
- Halteaufnahmen
- 102
- Führungsabschnitt
- 104
- Führungskulisse
- 104a
- erster Abschnitt
- 104b
- zweiter Abschnitt
- 106
- Verbindungsabschnitt
- 108
- Führungsabschnitt
- 110
- Drehachse
- 112
- Halterung
- D
- Durchmesser
- L
- Länge
- S
- Stellweg
