DE4307589A1 - Instrument-immobilising mechanism on articulated arm - has friction-brake component at arm hinge axis pressed against mating one and which can be released - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Immobilisierung von Werkzeug, insbesondere von medizinischem Werkzeug, welche Vorrichtung aus einer Stütze besteht, mit einem gegliederten Arm und einer von diesem Arm getragenen Werkzeughalterung.

Solche Vorrichtungen werden für gewöhnlich im Operationsraum eines Krankenhauses verwendet, wobei das Werkzeug aus Mitteln zum Unterstützen oder Zurückhalten bestimmter Körperteile oder aus Hilfsmitteln diagnostischer Art wie Kaltlichtquellen oder Fernsehkameras bestehen kann, was zur Folge hat, daß die Vorrichtung eine gewisse Steifigkeit aufweisen muß, sich jedoch trotzdem einfach bedienen lassen muß, um die Gliederungsteile relativ zueinander freimachen zu können, um das Werkzeug schnell und leicht in eine neue Position zu bringen oder zu halten.

Die Erfindung bezweckt die Verschaffung einer Vorrichtung des eingangs genannten Typs, die die vorgenannten Voraussetzungen erfüllt, die leicht bedienbar ist und eine schlanke Gestalt hat, so daß die Vorrichtung wenig Raum beansprucht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich dadurch, daß die gegliederten Arme wenigstens eine Scharnierachse aufweisen, die mit einem lösbaren Bremsorgan versehen ist, das aus einer mit dem einen Anteil der Gliederung verbundenen Reibungsfläche und einer mit dem anderen Armteil der Gliederung verbundenen Gegenfläche versehen ist, wobei ein Druckorgan angebracht ist, um die Flächen ständig aneinanderzupressen, sowie ein dem Druckorgan entgegenwirkendes Mittel zum Loslösen der Reibungsflächen.

Dank des ständig wirkenden Druckelements werden die Flächen ständig aneinander gepreßt, wodurch das Scharnier zwischen den Gliederteilen in nicht beaufschlagtem Zustand unverrückbar ist. Sobald eine relative Bewegung ausgeführt werden muß, muß das gegenwirkende Mittel das Druckorgan außer Kraft setzen, wodurch die Reibungsflächen losgelöst werden. Sobald dies geschehen ist, können die Gliederungen relativ zueinander um die Scharnierachse verdreht werden.

In einer Vorzugsausführungsform ist das gegenwirkende Mittel von einem Zylinderkolben gebildet, wobei der Zylinder von einem steuerbaren Druckmedium beaufschlagt wird. Das Druckmedium kann dabei ein Gas beziehungsweise eine Flüssigkeit sein.

Um eine große Reibung zu erwirken, ist es zu bevorzugen, die Reibungsflächen kegelförmig gegenüber der Drucklinie des Kolbens verlaufen zu lassen. Dadurch braucht nur ein geringer Druck in dem Kolben erzeugt zu werden, um die Reibungsflächen loszulösen, während trotzdem das Druckorgan die Reibungsflächen ausreichend aneinander pressen kann, um eine große Reibung zu erwirken.

Falls die Vorrichtung mit mehr als zwei Gliederungen versehen ist, ist es zu bevorzugen, die Zylinderräume der nachfolgenden Gliederungen gegenseitig miteinander mittels eines Kanals für das steuerbare Druckmedium zu verbinden.

Dadurch ist es möglich, die Scharniere, alle gleichzeitig, loszulösen beziehungsweise zu immobilisieren.

In der reihenweise Verbindung der Zylinder ist es zu bevorzugen, das Druckorgan in dem Umfange, in dem dieses dichter zu der Werkzeughalterung gelegen ist, schwächer auszuführen, wodurch bei der Beaufschlagung der Zylinder die Reibungsflächen in den Scharnieren, gerechnet von der Werkzeughalterung aus, früher sich loslösen werden, wodurch die Endgliederung früher losgelöst wird als die näher zu der Stütze gelegenen Gliederungen.

Schließlich wird für eine zweckmäßige Bedienung der Vorrichtung die Vorrichtung mit einem Druckbehälter versehen, der mit einem flüssigen Medium versehen ist, in welchem Druckbehälter ein Verdrängerkörper geführt wird.

Der Verdrängerkörper sorgt deshalb mit einer geringfügigen Verlagerung bereits für das Loslösen der Reibungsflächen in den einzelnen Scharnierachsen, dank des schnellen Druckaufbaus in dem flüssigen und somit nicht zusammendruckbaren Druckmedium in der in Reihe stehenden Zylinderräumen des gegenwirkenden Mittels.

Die vorgenannten und anderen Merkmale werden im einzelnen in der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, angewandt bei einem Operationstisch;

Fig. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, in vergrößertem Maßstab, des Stützteils der Vorrichtung aus Fig. 1, gesehen in der Richtung des Pfeils II;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Gelenks zwischen zwei Gliederungen nach dem Pfeil III in Fig. 1.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Stütze bezeichnet, welche Stütze hier von einer näher zu erläuternden Klemmkonstruktion gebildet ist, die auf einer Schiene 2 eines Operationstisches 3 zusammenwirkt. An der Stütze ist ein pneumatischer Zylinder 4 befestigt, der über eine Leitung 5 von dem zentralen pneumatischen Versorgungssystem des Krankenhauses oder einem ähnlichen System versorgt wird. In die Linie 5 ist ein Pedal 6 aufgenommen, um das Druckmedium zum Zylinder 4 zuzuführen.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Zylinder 4 mit einem Kolben 7 ausgestattet, dessen Kolbenstange 8 durch die stirnseitige Wand 9 des Zylinders 4 dichtend durchgeführt ist. Die Zylinderstange 8 reicht in einen auf dem Zylinder 4 angebrachten Druckbehälter 10 hinein, der mit einer Kammer 11 versehen ist.

Der Druckbehälter 10 trägt an seiner Oberseite einen Bügel 12, der fest an einer Buchse 13 befestigt ist, die mit einem nach unten ragenden Teil verlängert ist, der aus einem kegelförmigen Teil 14 und einem Kolbenkörper 15 besteht. Der Kolbenkörper ist mit Dichtungsringen 16 versehen, die in den Zylinder 18 passen, der in der Oberseite des Druckbehälters 10 ausgespart ist. Der Zylinder steht über einen Durchlaufkanal 19 mit der Kammer 11 des Druckbehälters 10 in Verbindung.

Der Kolbenkörper 15 ist in der Richtung des Druckbehälters 10 mit einer Spindel 20 verlängert, die an ihrem freien Ende an einem Druckring 21 befestigt ist. Die obere Wand des Druckrings 21 liegt in einem Abstand von der Oberwand der Flüssigkeitskammer 11, zwischen welchen Wänden eine Schüsselfeder 22 um die Spindel 20 untergebracht ist, welche Schüsselfedern 22 über ein Lager 23 auf der oberen Fläche des Druckrings 21 abstützen.

Die Funktion der vorstehend beschriebenen Konstruktion ist folgende. In der in Fig. 2 gezeichneten Position ist die Spindel 20 unbeweglich mit dem Flüssigkeitsbehälter 10 verbunden, weil die Druckfedern 22 den Druckring 21 gegenüber dem Druckbehälter 10 herunterdrückt, wobei die Spindel 20 mitgenommen wird, wodurch die kegelförmige Druckfläche des Teils 14 fest an eine kegelförmige Gegenfläche des Druckbehälters 10 gedrückt wird, so daß Verdrehung der Spindel 20 gegenüber dem Behälter 10 nicht möglich ist.

Sobald der Kolben 7 durch Druckluft in dem Zylinder 4 nach oben geführt wird, wird die Kolbenstange 8 die in der Kammer 11 untergebrachte Flüssigkeit verdrängen, wodurch die Flüssigkeit unter Druck gesetzt wird. Über den Kanal 19 wird der Raum unter dem Kolben 15 in dem Zylinder 16 unter Druck gesetzt, wodurch der Kolbenkörper entgegen der Wirkung der Druckfedern 22 hinaufbewegen will. Dadurch wird die kegelförmige Druckfläche des Teils 1 von dem Druckbehälter 10 losgelöst und kann der Benutzer die Spindel 20 gegenüber dem Zylinder 4 beziehungsweise gegenüber dem Druckbehälter 10 verdrehen und damit den Bügel 12.

Beim Ablassen des Drucks in dem Zylinder 4 durch Freigabe dieses Drucks mittels des Pedals 6, kann der von den Schüsselfedern auf das Druckmedium erzeugte Druck auf die Stange 8 den Kolben über den Einlaß 25 herunterdrücken, wonach der Druck in der Flüssigkeit in der Kammer 11 wegfällt. Die Schüsselfedern 22 ziehen die Spindel 20 herunter, wodurch die konische Fläche des Teils 14 mit der des Flüssigkeitsbehälters 10 in Kontakt kommt, so daß die Spindel verriegelt wird.

Es wird deutlich sein, daß nur bei geringer Verstellung des Kolbens 8 ein großer Druckaufbau in der Flüssigkeit in der Kammer 11 bewirkt werden kann, so daß das Loslösen der Flächen schnell erfolgen kann.

Weiter wird angemerkt, daß durch den großen Durchmesser des Kolbens 7 nur ein relativ geringer Druck in dem gasförmigen Medium über den Einlaß 5 zugeführt zu werden braucht, um trotzdem einen großen Druckaufbau in der Flüssigkeit in der Kammer 11 zustande zu bringen.

Nunmehr folgt die Beschreibung eines zweifachen Scharnierstücks zwischen den nachfolgenden Gliederungsteilen des Arms der Vorrichtung. Ein solches zweifaches Scharnier ist im Detail in Fig. 3 gezeigt, welches Scharnier sich gerade über dem Druckbehälter 10 in Fig. 2 befindet. Ein ähnlicher Aufbau findet sich jedoch auch in den anderen Scharnierkonstruktionen zwischen den Armgliedern.

Der Bügel 12 ist gabelförmig ausgeführt, wobei in den parallelen Gabelteilen auf derselben Achslinie A-A ein durchlaufendes Loch angebracht ist. Der Durchmesser des Lochs in dem vorderen Arm 30 ist kleiner als in dem gegenüber gelegenen Arm 31. Die einander gegenüber und miteinander flüchtenden Löcher stützen eine Scharnierspindel 32, die aus einer Scharnierbuchse 33 besteht, die zentral mit einem Blendschraubloch 34 versehen ist. Der Außendurchmesser der Scharnierbuchse 33 paßt in das Loch des Arms 30. Erwünschtenfalls kann die Scharnierbuchse 33 in der Umfangsfläche mit einer Umfangsnut 35 zur Aufnahme des Schaft eines Klemmbolzens (40) versehen sein.

Die Spindel 32 besteht weiter aus einer in dem Blendschraubloch 34 befestigten Achse 36, welche fest mit einem Kolbenkörper 37 verbunden ist, der sich in einem kegelförmig sich erweiternden Teil 38 fortsetzt und schließlich in einem zylindrischen Teil 39, der in entsprechender Weise wie die Buchse 33 in das Loch des Arms 31 der Gabel 12 paßt.

In der gezeigten Ausführungsform ist der Arm 30 und 31 an der Oberseite mit einem Einschnitt versehen, der zu dem Loch für die Aufnahme der Buchse 33 beziehungsweise des zylindrischen Teils 39 führt, so daß eine Gabel gebildet wird, deren Zacken sich aufeinander zu vorspannen lassen, dies mittels eines Klemmbolzens 40 oder eines ähnlichen Mittels. Damit kann die Buchse 33 und der zylindrische Teil 39 in das Loch des Arms 30, 31 fest eingeklemmt werden.

Um die Spindel 32 ist ein Block 41 angebracht, wozu in dem Block zwei Kammern 42 und 43 ausgebohrt sind, die in der Verlängerung zueinander gelegen sind und die mittels eines durchgehenden Lochs 44 verbunden sind. Das durchgehende Loch 44 dient zur Aufnahme der Spindel 36, die mittels zwei O-Ringen dichtend durch die Bohrung 44 geführt ist.

In die Kammer 42 paßt der zylindrische Körper 37, der ebenfalls mit O-Ringen dichtend in der zylindrischen Innenwandung der Kammer 42 schiebbar ist. Der kegelförmige Teil 38 wirkt mit einer kegelförmigen Endfläche der Kammer 42 zusammen.

In der Kammer 43 ist ein Schüsselfedernpaket 45 angebracht, das einerseits auf dem Boden der Bohrung der Kammer 43 abstützt und andererseits auf einem Nadellagerring 46, der auf der stirnseitigen Fläche der Scharnierbuchse 33 abstützt.

Die Kammer 42 dient zur Bildung eines Druckraums zwischen der Bodenwand der Kammer 42 und der Endfläche des Zylinderkörpers 36. Diese Räume stehen über einen Durchlaufkanal 37 mit der Kammer 11 des Druckbehälters 10 in Fig. 2 in Verbindung.

Angenommen, daß der Kanal 47 und die Kammer 42 vollständig mit einer Druckflüssigkeit gefüllt sind, wird durch die Beaufschlagung des Kolbens 7 des pneumatischen Zylinders 4 der Verdrängerkörper 8 das Druckmedium in der Kammer 11 unter Druck bringen und somit auch die Flüssigkeit in den Kanälen 47 und in der Kammer 42. Durch den Druckaufbau wird der Block 41 gegenüber dem gabelförmigen Bügel 12 entgegen der Wirkung des Druckfedernpakets 45 nach rechts bewogen. Dabei kommen die kegelförmigen Flächen des Teils 38 und die Innenwandung der Kammer 42 voneinander frei, wodurch der Block 41 um die Achse A-A dem Bügel 12 gegenüber verdrehen. Bei Druckablaß wird sofort das Federnpaket 45 die Buchse 41 zurückbewegen wollen und eine Reibung zwischen den kegelförmigen Flächen erzeugen und somit den Bock 41 dem Bügel 12 gegenüber immobilisieren wollen.

Es wird angemerkt, daß der Block 41 mit einer zweiten Bohrung, senkrecht zu der Achse A-A nach der Linie B-B versehen ist. In dieser Bohrung ist eine ähnliche Konstruktion wie die vorstehend dargelegte angebracht, wobei die Scharnierspindel in einem zweiten gabelförmigen Bügel 12′ einer anderem Armgliederung 50 gelagert ist.

Indem die Zylinderräume 42 wieder über einen Durchführkanal 47′ miteinander in Verbindung zu setzen, wird durch die Beaufschlagung des Kolbens 7 in dem pneumatischen Zylinder 4 auch gleichzeitig das Scharnier B-B′ freigegeben und in umgekehrtem Sinne immobilisiert.

Dadurch kann der nachfolgende Arm 50 folglich gegenüber dem Druckbehälter 10 in jede gewünschte beliebige Stellung gesetzt werden.

Ähnliche Scharnierkonstruktionen werden auch in den weiteren Gliederungen angewandt, welche Scharnierkonstruktionen mit Druckkammern der Bedienungszylinder gegenseitig miteinander in Reihe geschaltet sind.

Die Werkzeughalterung 51 in Fig. 1 kann schließlich drehbar an dem letzten Bügel gekoppelt sein, dies entsprechend der Drehkonstruktion in dem Druckbehälter 10 von Fig. 2.

Es wird aus der vorstehenden Beschreibung deutlich sein, daß bei der Bedienung des Pedals 6 des pneumatischen Bedienungssystems alle Scharnierpunkte in dem gegliederten Arm nach der Erfindung gleichzeitig loszulösen sind beziehungsweise zu immobilisieren sind.

Eine Variante darauf kann erhalten werden, indem das Schüsselfedernpaket 45 in der Kammer mit einer anderen Federkonstante ausgestattet wird, nämlich in der Weise, daß eine schlaffere Feder in den Gliederungen verwendet wird, die näher zu der Werkzeughalterung 51 sich befinden.

Diese schlaffere Feder erfordert einen geringeren Druck in der Kammer 42, um die Reibungsflächen der Teile 38 zu lösen, so daß bei allmählich zunehmendem Druckaufbau des pneumatischen Zylinders 4 und der damit allmählich zunehmenden Verdrängung durch die Kolbenstange 8 des Druckmediums in der Kammer 11 des Druckbehälters 10 nacheinander die Scharniere, in der Sicht von der Werkzeughalterung aus betrachtet, der Reihe nach loslösen werden und umgekehrt in umgekehrter Reihenfolge immobilisieren werden.

Zum Schluß wird angemerkt, daß die Vorrichtung bei einem Operationstisch 2 nach Fig. 1 verwendet werden kann, wozu der Zylinder 4 an dessen stirnseitigen Wandung 9 mit einem Klemmhaken 55 ausgestattet ist. Der Klemmhaken 55 wirkt mit der Schiene 2 zusammen und die Befestigung kommt mittels einen Kontrahakens 56 zustande, der verschiebbar gegenüber einem nach unten gerichteten Arm des Hakens 55 ist. Der nach unten gerichtete Teil 57 des Hakens 55 ist mit einem Schraubloch ausgeführt, das ein Schraubgewinde einer Drahtspindel 58 aufnimmt, welche Drahtspindel einen Kragenring 59 hat zur Unterstützung des Unterhakens 56.

Durch das Loslösen des Unterhakens 56 kann die Stütze 55 mit dem Zylinder 4 und folglich der gegliederte Arm 50 frei entlang der Schiene und somit entlang dem Tisch 3 verstellt werden und durch Hinaufführung des Unterhakens 56 festgeklemmt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. So kann die konische Reibungsfläche der Teile 14, 38 durch eine Konstruktion wie eine Plattenkupplung ersetzt werden, die beispielsweise statt eines Schüsselfedernpakets durch eine Schraubenfeder beaufschlagt ist.

Auch die Zylinderkonstruktion 37, 42 kann durch eine andere geeignete Konstruktion zur Aufhebung der Druckkraft des Druckorgans (Schraubfeder, Federnpaket) ersetzt sein.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Immobilisierung von Werkzeug, insbesondere von medizinischem Werkzeug, welche Vorrichtung aus einer Stütze besteht, mit einem gegliederten Arm und einer von diesem Arm getragenen Werkzeughalterung, dadurch gekennzeichnet, daß die gegliederten Arme wenigstens eine Scharnierachse aufweisen, die mit einem lösbaren Bremsorgan versehen ist, das aus einer mit dem einen Armteil der Gliederung verbundenen Reibungsfläche und einer mit dem anderen Armteil der Gliederung verbundenen Gegenfläche versehen ist, wobei ein Druckorgan angebracht ist, um die Flächen ständig aneinanderzupressen, sowie ein dem Druckorgan entgegenwirkendes Mittel zum Loslösen der Reibungsflächen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegenwirkende Mittel von einer Zylinder/Kolbeneinheit gebildet wird, die mittels eines steuerbaren Druckmediums beaufschlagt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsflächen gegenüber der Drucklinie des Druckorgans kegelförmig verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume der Zylinder/Kolbeneinheit untereinander mittels eines Verbindungskanals verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium eine Flüssigkeit ist und die Zylinderräume der Zylinder/Kolbeneinheiten über den Verbindungskanal mit einem Druckbehälter verbunden sind, in dem ein Verdrängerkörper geführt werden kann, um den Druck in dem Flüssigkeitsmedium zu erhöhen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper von einer Kolbenstange eines pneumatischen Steuerzylinders gebildet worden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Scharnier zwischen wie gegliederten Armen der Vorrichtung wenigstens zwei senkrecht zueinander stehenden Scharnierachsen hat, jeweils mit einer Reibungsfläche mit dazu gehörendem Druckorgan und Kolben/Zylindereinheit versehen.

8. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckorgan als Federsystem ausgeführt ist, beispielsweise gebildet von einem Paket von Schüsselfedern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante des Federsystems in Richtung auf die Werkzeughalterung hin abnimmt.