DE4302096A1 - Medizinisches Werkzeug - Google Patents

Medizinisches Werkzeug

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DE4302096A1
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Jihan Mohassep
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Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannt sind derartige medizinische Werkzeuge mit direktem elektrischen und pneumatischen Antrieb.
Solche Werkzeuge sind relativ kostenaufwendig und belasten den sie Gebrauchenden typischerweise mit erheblicher Schwingungs- und Geräuschentwicklung, die die Ausführung feiner Arbeiten erschwert. Zudem lassen sie sich nur mit einigem Aufwand insgesamt sterilisieren, was aber erfor­ derlich ist, da, wenn, wie vorgesehen, sie sich mitsamt dem Antrieb in der Operations- bzw. Behandlungszone befin­ den sollen.
Im Werkzeug-, Maschinen- und Heimwerkerbereich, aber auch in bestimmten Bereichen der Medizintechnik, sind weiterhin fluid-(z. B. druckluft-)betriebene Werkzeuge bekannt. Diese werden von kostenaufwendigen Kompressoren angetrieben und weisen üblicherweise die Kosten weiter erhöhende Elemente zur Bewegungsumformung auf. Das Arbeitsprinzip der Kom­ pressoren führt dazu, daß in der Nähe des Werkzeugs verun­ reinigte, inbesondere ölhaltige, Druckluft austritt, was sie zu einem Gebrauch unter sterilen Bedingungen unbrauch­ bar macht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein medizinisches Werkzeug der gattungsgemäßen Art mit einem kostengünstig herzustellenden Antrieb bereitzustellen, das eine sichere Ausführung feiner Arbeiten unter leichter Aufrechterhal­ tung steriler Arbeitsbedingungen erlaubt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein medizinisches Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das medizinische Werkzeug, das erfindungsgemäß durch eine im wesentlichen abgeschlossene stehende Fluidsäule ange­ trieben wird, weist neben den die Lösung der genannten Aufgabe sichernden Vorteilen die Vorteile eines geringen Leistungsverbrauchs und der unproblematischen Realisier­ barkeit einer großen Entfernung zwischen Antriebsquelle und Werkzeug auf, wodurch auch die Geräuschentwicklung des Antriebs vom Einsatzort des Werkzeugs ferngehalten werden kann. Die Abgeschlossenheit der schwingenden Fluidsäule verhindert, daß im Einsatzbereich des medizinischen Werk­ zeugs im Zusammenhang mit dessen Antrieb entstehende Ver­ unreinigungen ausgestoßen und damit die sterilen Arbeits­ bedingungen beeinträchtigt werden.
Die Wahl von Druckluft als Fluid für den Antrieb des Werk­ zeugs ist wegen deren leichter Handhabung sowie der gerin­ gen Masse (und damit Trägheit) und der für die Wirkungs­ weise des Werkzeugs vorteilhaften Kompressibilität beson­ ders vorteilhaft (jedoch nicht zwingend erforderlich).
Eine vorteilhafte und zum großen Teil mit kostengünstig kommerziell erhältlichen Bauteilen bzw. -gruppen reali­ sierbare Ausführung weist eine am Werkzeug vorgesehene Kolben-Zylinder-Einrichtung mit einem mit dem Werkzeug verbundenen Kolben und einem den Kolben umgebenden und ei­ ne Fluideinspeisung aufweisenden Fluidzylinder, einen Flu­ idverdichter und eine Verbindungsleitung zwischen der Kolben-Zylinder-Einrichtung und dem Fluidverdichter, wobei der Innenraum des Fluidverzylinders ein Fluid enthaltender Innenraum des Fluidverdichters und das Innere der Verbin­ dungsleitung ein im wesentlichen abgeschlossenes Fluidsy­ stem bilden, auf.
Als Fluidverdichter kommt - insbesondere beim Einsatz von Druckluft - ein einfacher Pendelkolben-Kompressor in Be­ tracht, der für den hier in Rede stehenden Einsatzzweck grundsätzlich nicht über Ventile verfügen muß. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zylinderraum des Kompressors jedoch mit einer verstellbaren Öffnung zur Druckeinstellung versehen.
Das auf die beschriebene Weise antreibbare medizinische Werkzeug kann eine Tätowierungsnadel, eine Massagevorrich­ tung, eine Sägevorrichtung, eine Akupressurvorrichtung, ein Minidermatomkopf, eine Feile bzw. Raspel, ein Vibra­ tionsdiagnosestift für neurologische Anwendungen, eine Reinigungs- bzw. Poliervorrichtung, ein Gewebeverdich­ tungsstößel o. ä. sein.
In vorteilhafter Weise ist das Werkzeug über seinem An­ triebskolben zugeordnete Federelemente - etwa Schrauben­ federn aus Stahl mit vorgegebener Federkonstante - gefe­ dert und damit gegebenenfalls zugleich seine Hin- und Her­ bewegung begrenzt.
Für den Einsatz des Werkzeugs unter sterilen Bedingungen ist es vorteilhaft, wenn das Werkzeug mit der ihm zugeord­ neten Kolben-Zylinder-Einrichtung gemeinsam als Arbeitspa­ trone ausgebildet ist, die in einem nach ergonomischen Ge­ sichtspunkten gestalteten Handgriff eingesteckt und nach Gebrauch entsorgt oder zur Wiederverwendung sterilisiert werden kann.
Für die Handhabung des Werkzeugs ist es weiterhin von Vor­ teil, wenn das Ein- und Ausschalten sowie eine gegebenen­ falls vorgesehene Drehzahlstellung über einen fußbetätig­ ten Schalter bzw. Regler erfolgt.
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung erge­ ben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen an­ hand der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 die Prinzipdarstellung eines medizinischen Werk­ zeugs mit seiner Antriebsquelle nach einer Ausführungs­ form,
Fig. 2 eine Detaildarstellung eines Handgriffs zusammen mit einem Werkzeug nach einer weiteren Ausführungsform in einer Seitenansicht sowie einer Schnittdarstellung.
Fig. 3 verschiedene Bearbeitungswerkzeuge (im engeren Sinne) entsprechend weiteren Ausführungsformen.
Wie Fig. 1 und Fig. 2b zeigen, ist eine Tätowiernadel 1 an ihrem hinteren, kolbenförmigen Ende 1a über einen Ver­ bindungsstift 1b mit einem Kolben 2 verbunden, der leicht verschiebbar in einem Zylinder 3 aufgenommen und mit sei­ ner Bodenplatte 2a gegen dessen Wandung abgedichtet ist.
Der Zylinder 3 ist Teil eines Handgriffes, der in Fig. 1 gestrichelt lediglich schematisch und in Fig. 2 genauer dargestellt ist. Der Zylinder 3 weist einen - der Täto­ wiernadel 1 zugewandten - Abschnitt 3a mit geringerem Durchmesser und einen - der Tätowiernadel abgewandten - Abschnitt 3b mit größerem Durchmesser auf, die durch einen konischen Übergangsabschnitt 3c miteinander verbunden sind. An diesem Übergangsabschnitt 3c stützt sich eine vorgespannte Schraubenfeder 4 mit einem Ende ab, deren an­ deres Ende gegen die der Tätowiernadel zugewandte Oberflä­ che der Bodenplatte 2a des Kolbens 2 und diesen damit von der Tätowiernadel 1 weg drückt.
Der Zylinder ist an seinem von der Tätowiernadel 1 abge­ wandten Ende mit einer Verschlußplatte 3d versehen, die nach außerhalb des Zylinders in einen Anschlußstutzen 3e für einen Luftschlauch 5 mündet, der den Zylinder 3 mit einem Anschlußstutzen 6a eines Pendelkolben-Kompressors 6 verbindet.
Zwischen der der Tätowiernadel abgewandten Oberfläche der Bodenplatte 2a des Kolbens 2 und der der Bodenplatte 2a zugewandten Oberfläche der Verschlußplatte 3d des Zylin­ ders befindet sich eine zweite vorgespannte Schraubenfeder 7, die den Kolben 2 in Richtung zur Tätowiernadel 1 hin drückt. Beide Federn 4 und 7 zusammen bewirken, daß sich der Kolben im drucklosen Zustand der Verbindungslei­ tung 5 in einer mittleren Lage im Zylinder 3 befindet.
Der Kompressor 6 weist als Hauptbestandteile einen einsei­ tig mit einer Verschlußplatte 8b versehenen Zylinder 8 mit einer Zylinderwandung 8a, einen im Zylinder 8 in Kontakt mit der Zylinderwandung 8a pendelartig verschiebbaren Pen­ delkolben 9, der mittels einer Dichtungslippe 10 gegen die Zylinderwandung 8a abgedichtet ist, und als Antrieb einen Wechselstrommotor 13 auf. Die Ausgangswelle 13a des Wech­ selstrommotors 13 ist mit einem Ende eines Kurbelarmes 11 drehfest verbunden, während das andere Ende des Kurbelar­ mes 11 drehbar mit einem dem Pendelkolben 9 abgewandten Ende einer Kolbenstange 12 verbunden ist.
Im unterschied zu einem herkömmlichen Luftkompressor weist der Pendelkolben-Kompressor 6 keine Ventile auf, so daß der durch die Zylinderwandung 8a, die Zylinderver­ schlußplatte 8b und den Boden des Kolbens 12 sowie die Dichtungslippe 10 gebildete Zylinder-Innenraum 8c zusammen mit der Verbindungsleitung 5 und dem Innenraum des Zylin­ derabschnitts 3a im Handgriff im Prinzip einen luftdicht abgeschlossenen Raum bildet.
In der Zylinderwandung 8a befindet sich eine mit einem verstellbaren Verschluß 8e verschlossene Öffnung 8d, über die der Druck im Innenraum 8c des Zylinders 8 beliebig verringert werden kann.
Der Kompressor weist eine spritz- und explosionsschützende Ummantelung 14 auf.
Der Wechselstrommotor 13 ist über einen Fußschalter und -drehzahlsteller 15 mit dem 220 V-Netz verbunden.
Nachfolgend wird der Betrieb dieser Ausführungsform beschrieben:
Bei Inbetriebnahme des Wechselstrommotors 13 durch Betäti­ gung des Fußschalters und -drehzahlstellers 15 beginnt sich die Ausgangswelle 13a des Wechselstrommotors 13 zu drehen und damit über den Kurbelarm 11 und die Kolbenstan­ ge 12 den Pendelkolben 9 in eine pendelnde Hin- und Herbe­ wegung zu versetzen.
Durch eine anfängliche Aufwärtsbewegung des Pendelkolbens 9 aus einer mittleren Lage im Zylinder 8 wird die im Zy­ linderinnenraum 8a befindliche Luft komprimiert und da­ durch über die Verbindungsleitung 5 ein Kompressionsstoß in den Innenraum des Zylinders 3 weitergeleitet, der dort die der Verbindungsleitung 5 zugewandte Oberfläche der Bo­ denplatte 2a des Kolbens 2 beaufschlagt und den Kolben 2 mit der an dessen der Bodenplatte 2a abgewandtem Ende be­ festigten Tätowiernadel 1 gegen die Kraft der Druckfeder 4 nach vorne treibt. Durch die Druckfeder 4 wird diese Bewe­ gung des Kolbens 2 mit der Tätowiernadel 1 abgefedert und begrenzt.
Wenn der Pendelkolben 9 im Zylinder 8 bei Fortsetzung der Drehbewegung des Kurbelarmes 11 seinen oberen Totpunkt im Zylinder 8 überschreitet und sich dann wieder nach unten bewegt, wird der Zustand maximaler Kompression der im oben erwähnten geschlossenen System befindlichen Luft über­ schritten und es setzt eine fortschreitende Dekomprimie­ rung des Luftvolumens ein, bis nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens 9 ein geringerer Druck im Vergleich zum Aus­ gangszustand entstanden ist, was dazu führt, daß der Kol­ ben 2 entgegen seiner ursprünglichen Bewegungsrichtung zur Verschlußplatte 3d des Zylinders 3 hin, d. h. gegen die Kraft der Druckfeder 7 in den Zylinder hineingezogen wird. Damit wird auch die Tätowiernadel 1 zurückgezogen. Diese Bewegung wird durch die Druckfeder 7 abgefedert und be­ grenzt. Nach Überschreiten des unteren Totpunktes des Kol­ bens 9 im Zylinder 8 entsteht im System wieder ein höherer Druck, bis der vorausgesetzte Ausgangszustand erreicht ist, in dem der Kolben 2 im Zylinder 3 in seine Mittellage zurückgeführt ist. Von diesem Punkt ab wiederholt sich bei jeder weiteren Umdrehung der Ausgangswelle 13a des Wech­ selstrommotors 13 der soeben beschriebene Vorgang, so daß sie Tätowiernadel 1 letzlich mit einer der Drehfrequenz des Wechselstrommotors 13 entsprechenden Hubzahl hin- und herbewegt wird.
Mit dem Fußschalter und -drehzahlsteller 15 wird der Wechselstrommotor 13 nicht nur ein- und nach Bedarf wieder ausgeschaltet, sondern auch die Drehzahl des Motors vorge­ geben und damit die Hubzahl der Tätowiernadel eingestellt. Diese kann in der Größenordnung von 50 s-1 liegen.
Die der Tätowiernadel verliehene Druckkraft ist in ihrem Maximalwert durch die geometrischen Verhältnisse des abge­ schlossenen Systems, insbesondere durch das Verhältnis der wirksamen Kolbenflächen der Kolben 8 und 2 (d. h. bei letz­ terem der Bodenplatte 2a) sowie der jeweiligen Kolbenhübe der Kolben 8 und 2 sowie durch die Federkräfte der Federn 4 und 7 bestimmt. Eine Regulierung der Druckkraft kann auf dem Weg über eine Druckreduzierung durch graduelle Öffnung des Verschlusses 8e des Zylinder-Innenraumes 8c erfolgen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der beschriebenen Ausführungs­ form betreffen zunächst den Einsatz unterschiedlicher Werkzeuge im engeren Sinne.
Eine solche Ausgestaltung ist das Vorsehen einer Massage­ vorrichtung, etwa eines Massagestiftes, eines in eine ge­ wölbte Vorderfläche mündenden Kolbens oder eines mit Nop­ pen versehenen Massageteils anstelle der Tätowiernadel 1.
Eine weitere Ausgestaltung besteht im Vorsehen einer Säge als Werkzeug (vgl. Fig. 3 (d)).
Eine weitere Ausgestaltung besteht im Vorsehen einer Aku­ pressurvorrichtung als Werkzeug.
Eine weitere Ausgestaltung besteht im Anfügen eines Minidermatom-Kopfes als Werkzeug, was eine veränderte Ge­ staltung des Werkzeughalters mit einer Vorrichtung zur Be­ wegungsumlenkung erfordert.
Eine weitere Ausgestaltung besteht im Vorsehen einer Feile bzw. Raspel als Werkzeug (vgl. Fig. 3(b)), insbesondere zur Knochenbearbeitung bei der Behandlung von Knochenverletzungen.
Eine weitere Ausgestaltung besteht in der Anbringung eines Vibrationsdiagnosestiftes für neurologische Anwendungen an der Vorderseite des Kolbens 2. Bei derartigen Anwendungen wird normalerweise eine relativ geringe Druckkraft benö­ tigt und die Hubzahl des Diagnosestifts zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 70 und 200 s-1 einzustellen sein.
Eine weitere Ausgestaltung besteht in der Anbringung einer Reinigungs- bzw. Poliervorrichtung, etwa einer Reinigungs­ bürste (vgl. Fig. 3c) als Werkzeug. Eine solche Bürste kann vorteilhaft zum Beispiel bei der Reinigung von Inter­ dentalräumen im zahnärztlichen Anwendungsbereich genutzt werden.
Eine weitere Ausgestaltung besteht in der Anbringung eines Gewebeverdichtungsstößels als Werkzeug, welches z. B. bei der Entfernung von Knochentumoren Anwendung finden kann.
Schließlich kann die Vorrichtung auch mit einer Gravierna­ del versehen sein, um etwa nach Bedarf medizinische In­ strumente mit Kennzeichnungen zu versehen.
Unabhängig von der Wahl eines konkreten Werkzeuges besteht eine zweckmäßige Ausführungsform darin, daß - wie in Fig. 2 gezeigt - das Werkzeug im engeren Sinne zusammen mit der seinem Antrieb dienenden Kolben-Zylinder-Einrichtung als auswechselbare Arbeitspatrone ausgebildet ist, die in den Handgriff eingesteckt wird und dort durch eine Rändel­ schraube, die auf einem Gewinde an der Vorderseite des Handgriffs aufgeschraubt wird, gehalten ist. In diesem Falle ist der Zylinder in der Arbeitspatrone auf der dem Werkzeug abgewandten Seite nicht gesondert durch eine Ab­ schlußplatte abgeschlossen und mithin auch nicht selbst mit einem Anschlußstutzen für die Druckluftleitung 5 ver­ sehen, sondern im Handgriff erstreckt sich axial eine Bohrung 19 bis zu dessen dem Werkzeug (im engeren Sinne) abgewandten Ende, wo ein Anschlußstutzen 20 für den Druck­ luftschlauch vorgesehen ist.
Die Arbeitspatrone, die als selbständiges Bauteil mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet ist, ist als Einheit auswech­ selbar oder - je nach Anwendungsfall - als Einwegartikel konzipiert.
Hingegen ist der Handgriff vorzugsweise aus einem hoch­ wertigen Material gefertigt und ergonomisch optimal aus geformt.
Eine Sterilisierung ist nur für die Arbeitspatrone erforderlich.
In einer Abwandlung des beschriebenen Antriebs für den mo­ bilen Einsatz ist dieser mit einem batterie- oder akkuge­ speisten Gleichstrommotor versehen.
In einer vereinfachten, jedoch für viele Anwendungssitua­ tionen ausreichenden Ausbildung des Antriebs wird auf die Drehzahlstellung verzichtet.
Eine weitere vereinfachte Ausführung ist eine solche, in der auf die Spritz- und Explosionsschutz-Ummantelung des Kompressors verzichtet wird.
Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsformen von einem Antrieb mittels Druckluft ausgegangen wurde, können auch andere Fluids Anwendung finden, insbesondere auch Flüssigkeiten.

Claims (23)

1. Medizinisches Werkzeug (1), welches eine Hin- und Herbewegung ausführt, gekennzeichnet durch den Antrieb mittels einer im wesentlichen abgeschlossenen, schwingenden Fluidsäule.
2. Medizinisches Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidsäule eine Druckluftsäule ist.
3. Medizinisches Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß eine die schwingende Fluidsäule erzeugende Antriebsvorrichtung (6,13) räumlich getrennt vom Werkzeug (1) vorgesehen und mit diesem über eine, vorzugsweise flexible, Verbindungs­ leitung (5) verbunden ist.
4. Medizinisches Werkzeug nach Anspruch 3, ge­ kennzeichnet durch eine am Werkzeug (1) vorgesehene Kolben-Zylinder-Einrich­ tung (2,3) mit einem mit dem Werkzeug (1) verbundenen Kol­ ben (2) und einem den Kolben (2) umgebenden und eine Fluideinspeisung (3e) aufweisenden Fluidzylinder (3), ei­ nen Fluidverdichter (6) und eine Verbindungsleitung (5) zwischen der Kolben-Zylinder-Einrichtung (2, 3) und dem Fluidverdichter (6), wobei der Innenraum des Fluidzy­ linders (3) ein Fluid enthaltender Innenraum (8c) des Fluidverdichters (6) und das Innere der Verbindungsleitung (5) ein im wesentlichen abgeschlossenes Fluidsystem bilden.
5. Medizinisches Werkzeug nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Fluid­ verdichter ein Pendelkolben-Kompressor (6) ohne Fluidven­ tile ist.
6. Medizinisches Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, ge­ k e n n zeichnet durch je ein der Hin- und Herbewegung des Werkzeugs (1) entgegengerichtet auf den Kolben (2) wirkendes Federelement (4, 7).
7. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch die Halterung in einem mit der Verbindungsleitung (5) verbundenen Hand­ griff (H).
8. Medizinisches Werkzeug nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) und die Kolben-Zylinder-Einrichtung (2, 3) in einer auswechsel- und sterilisierbaren Arbeitspatrone (16) zu­ sammengefaßt sind, die in den Handgriff (H) einsetzbar ist.
9. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) eine Tätowierungsnadel ist.
10. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) eine Massagevorrichtung ist.
11. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) eine Sägevorrichtung ist.
12. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) eine Akupressurvorrichtung ist.
13. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) ein Minidermatomkopf ist.
14. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) eine Feile bzw. eine Raspel ist.
15. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) ein Vibrationsdiagnosestift für neurologische Anwendungen ist.
16. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) eine Reinigungs- bzw. Poliervorrichtung ist.
17. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) ein Gewebeverdichtungsstößel ist.
18. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidverdichter (6) durch einen Elektromotor (13) an­ getrieben ist.
19. Medizinisches Werkzeug nach Anspruch 18, ge­ k e n n zeichnet durch eine elektronische Drehzahlsteuerung des Elektromotors (13).
20. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß an der Fluidsäule eine Abzweigung zur Druckregulierung vorge­ sehen ist.
21. Medizinisches Werkzeug nach Anspruch 20, da­ durch gekennzeichnet, daß am Fluidver­ dichter (6) und/oder an der Verbindungsleitung (5) ein verstellbares Ventil (8d, 8e) zur Druckverminderung vorge­ sehen ist.
22. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fußschalter (15) zur Betätigung des Elektromotors (13) vorgesehen ist.
23. Medizinisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine fußbetätigte Drehzahlsteuerung (15) des Elektromotors (13) vorgesehen ist.
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