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Fachgebiet
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Systeme für
die Verarbeitung von Fäden
und Garnen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf automatische Systeme zur Formung von Spitzen chirurgischen Nahtmaterials
durch Einsatz von Ultraschallschweißen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es existieren eine Reihe automatischer
Systeme zum Formen und Schneiden von Spitzen chirurgischen Nahtmaterials
oder sind dem Fachmann bekannt. Bei einer dieser Maschinen gibt
es Mittel zum gleichzeitigen parallelen Vorschub von mindestens
sechs separaten Strängen
Nahtmaterial und sechs unabhängige Spanneinrichtungen,
um entsprechende, parallele Bereiche jeder der sechs Stränge in einer
voreingestellten Spannung zu halten. Wird einmal ein vorbestimmtes
Stück Nahtmaterial
durch die Vorschubeinrichtung vorgeschoben, wird ein horizontaler
Heizstab (senkrecht zu den sechs Nahtmaterialsträngen) durch ein elektronisch gesteuertes
Magnetventil betätigt,
wodurch ein planarer Heizstab mit einer Seite der Nahtmaterialstränge für eine voreingestellte
Verweilzeit in Kontakt gebracht wird. Nach Ablauf der voreingestellten
Verweilzeit zieht das Magnetventil den Heizstab in seine Ausgangsstellung
zurück,
und der Bereich des Nahtmaterials, auf den Wärme einwirkt (oder der durch
Wärme gehärtet ist)
wird in eine Schneidstation vorgeschoben. In der Schneidstation
wird der durch Wärme
verfestigte Teil des Nahtmaterials an seinem Mittelpunkt geschnitten,
wodurch ein Nahtmaterial mit zwei versteiften Enden erzeugt wird.
Andere Vorrichtungen zum Formen und Schneiden von Spitzen chirurgischen
Nahtmaterials werden in den US-Patenten Nr. 4.832.025, 4.806.737
und 5.226.336 von Coates dargelegt. Bei dem System, das in den Patenten
von Coates beschrieben wird, wird Konvektionsheizung oder berührungsloses
Heizen zum Formen von Nahtmaterialspitzen angewendet.
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Das US-Patent Nr. 4.075.046 von MacDonald
legt eine Methode und eine Vorrichtung zum Verfestigen von Teilen
flexibler Strukturen offen, die Garne, die aus Fasern bestehen, umfassen,
wobei die Fasern der Garne miteinander durch Schallschwingungen,
ergänzt
durch Druck verschweißt
werden.
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Bekannte Systeme zum Formen und Schneiden
von Spitzen chirurgischen Nahtmaterials haben verschiedene Nachteile.
Erstens, diese Systeme verwenden üblicherweise Wärme, um
die Spitzen des chirurgischen Nahtmaterials zu versteifen. Da das
bei diesen Systemen verwendete unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial
oft beschichtet ist, kann durch die während des Anspitzprozesses
applizierte Wärme
die Beschichtung schmelzen. Ist sie einmal geschmolzen, bleibt die
Beschichtung des unbearbeiteten chirurgischen Nahtmaterials oft
an der Anspitzmaschine kleben, wodurch die Leistung der Maschine
beeinträchtigt
wird. Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme zum Formen und
Schneiden von Spitzen chirurgischen Nahtmaterials liegt darin, daß diese
Systeme üblicherweise
eine Nahtmaterialspitze bilden, die keinen im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt
besitzt. Darüber
hinaus sind diese Systeme insofern nicht wünschenswert, da sie üblicherweise
die Nahtmaterialspitze ungenau schneiden, wodurch es zu einem Schnittende
kommt, das unregelmäßig oder
verzogen ist. Vom Fertigungsstandpunkt aus sind Nahtmaterialspitzen,
die ungleichmäßige Querschnitte
und/oder unregelmäßige oder
verzogene Schnittenden haben, nicht wünschenswert, weil es unter
anderem schwierig ist, dieses Nahtmaterial in Nadeln einzuführen. Und
schließlich
sind bekannte Systeme, bei denen zum Verfestigen von Spitzen chirurgischen
Nahtmaterials Wärme
eingesetzt wird, nicht wünschenswert, weil
diese Systeme nicht für
Nahtmaterial verwendet werden können,
das aus Seide hergestellt ist.
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Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein System zur Formung von Spitzen chirurgischen Nahtmaterials
bereitzustellen, wobei das System für die Formung von Nahtmaterialspitzen
keine Wärme verwendet
und auch für
das Verschmelzen von Seide verwendet werden kann.
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Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein chirurgisches Nahtmaterial zur Verfügung zu stellen,
das einen geschweißten
Kern besitzt, wodurch ein leichtes Einführen der Nahtmaterialspitze
in die Nadel ermöglicht
wird.
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Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein automatisches System und eine Methode für die Herstellung
von chirurgischem Nahtmaterial zu Verfügung zu stellen, das Spitzen
mit geschweißten
Kernen besitzt.
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Es ist auch noch Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein automatisches System und eine Methode zur Herstellung
chirurgischen Nahtmaterials mit Spitzen zu Verfügung zu stellen, die präzis geschnittene
Enden besitzen.
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile
der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den
Ansprüchen
deutlicher, oder können
durch Anwendung der Erfindung in der Praxis erkannt werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Ultraschallformung von Spitzen chirurgischen
Nahtmaterials aus einem Stück
unbearbeiteten Nahtmaterials. Die Vorrichtung umfaßt:
- (A) eine Anspitzstation mit einem ersten Anspitzwerkzeug
mit einer ersten Fläche
zum Kontaktieren eines Teiles des Stückes des unbearbeiteten chirurgischen
Nahtmaterials; ein zweites Anspitzwerkzeug mit einer zweiten Fläche; mindestens
eine mechanische Betätigungseinrichtung
zum Bewegen der ersten Fläche des
ersten Anspitzwerkzeuges zur zweiten Fläche des zweiten Anspitzwerkzeuges,
wobei die Flächen
des ersten und zweiten Anspitzwerkzeuges mit der Außenfläche des
unbearbeiteten Nahtmaterials kontaktieren und auf diese Druck ausüben, sowie
eine zweite Betätigungseinrichtung,
um das erste und zweite Anspitzwerkzeug mit einer Ultraschallfrequenz
zwischen 15 kHz und 70 kHz in Schwingungen zu versetzen und gekennzeichnet
durch:
- (B) eine Schneidstation zum Schneiden des Teiles des chirurgischen
Nahtmaterials;
- (C) eine bewegte Klammer für
den Vorschub des chirurgischen Nahtmaterials von der Anspitzstation
zur Schneidstation, und
- (D) eine stationäre
Klammer zum Halten des Nahtmaterials in einer stationären Position,
die angrenzend an die Schneidstation gelegen ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Damit die oben angeführten und
weitere Vorteile und Aufgaben der Erfindung erzielt und bewertet
werden können,
erfolgt eine detailliertere Beschreibung der oben kurz beschriebenen
Erfindung, indem auf eine spezielle Ausführungsform, die in den angefügten Zeichnungen
dargestellt ist, Bezug genommen wird. Unter der Voraussetzung, daß diese
Zeichnungen nur eine typische Ausführungsform der Erfindung darstellen
und deshalb nicht als ihren Geltungsbereich einschränkend anzusehen
sind, wird die Erfindung und ihre Anwendung, die zur Zeit als beste
betrachtet wird, mit weiterer Spezifität und detailliert durch die
Verwendung der Begleitzeichnungen beschrieben und erklärt.
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1 ist
ein Schema, das eine Maschine zur Ultraschallformung und zum Schneiden
chirurgischen Nahtmaterials gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 ist
eine Seitenansicht der Nahtmaterial-Anspitzstation, geformt aus
einem Paar gegenüberliegenden
Anspitzwerkzeugen, wobei eines sich in eingefahrener Stellung befindet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Seitenansicht der Nahtmaterial-Anspitzstation der 2, bei der eines der Anspitzwerkzeuge
in der Station sich in der ausgefahrenen Stellung befindet.
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4 ist
eine Vergrößerung eines
Teiles der Nahtmaterial-Anspitzstation, die in 2 dargestellt ist.
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5 ist
eine Vergrößerung eines
Teiles der Nahtmaterial-Anspitzstation, die in 3 dargestellt ist.
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6 zeigt
einen Querschnitt eines Stückes
chirurgischen Nahtmaterials, das durch Ultraschall in seinem Kern
verschmolzen wurde gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die 7 und 8 zeigen eine Seitenansicht
sich gegenüberliegender
Anspitzwerkzeuge für
das Ultraschallformen von Spitzen chirurgischen Nahtmaterials, gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
ein Querschnitt einer bewegten Klammer, die im geschlossenen Zustand
dargestellt wird, zum Greifen und Vorschieben des chirurgischen
Nahtmaterials, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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10 ist
ein Querschnitt, der die bewegte Klammer der 9 im offenen Zustand darstellt, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
ein Querschnitt einer stationären
Klammer, dargestellt im geschlossenen Zustand zum Greifen des chirurgischen
Nahtmaterials, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
ein Querschnitt, der die stationäre
Klammer der 11 im offenen
Zustand darstellt, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
eine isometrische Darstellung eines Systems zum Spannen eines Stückes chirurgischen Nahtmaterials,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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14 ist
eine isometrische Darstellung eines optischen Erkennungssystems
zum Erkennen von Knoten im chirurgischen Nahtmaterial, das durch
das System hindurchläuft,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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15 ist
eine weitere isometrische Darstellung, die einen Knoten zeigt, der
sich zwischen der optischen Quelle und dem optischen Knotenerkennungssystem
der 14 befindet, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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16 ist
ein Querschnitt der 15,
die einen Knoten zeigt, der sich zwischen der optischen Quelle und
dem optischen Knotenerkennungssystem der 14 befindet, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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17 ist
eine Seitenansicht einer Nahtmaterial-Anspitzstation, die aus sich
gegenüberliegenden kreisförmigen Anspitzwerkzeugen
gebildet ist, gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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18 ist
ein Querschnitt der Nahtmaterial-Anspitzstation, die in 17 dargestellt ist.
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19 ist
eine Seitenansicht einer Nahtmaterial-Anspitz- und -Schneidstation,
gebildet aus sich gegenüberliegenden
kreisförmigen
Anspitz- und Schneidwerkzeugen, gemäß einer weiteren alternativen
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Arbeitsweise
des Gesamtsystems
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Nimmt man jetzt Bezug auf 1, wird ein Schema dargestellt,
das eine Maschine 10 für
das Ultraschallformen und Schneiden von chirurgischem Nahtmaterial
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein fortlaufendes Stück unbearbeiteten
chirurgischen Nahtmaterials 110 wird der Maschine 10 von
der Zuführtrommel 100 zugeführt, auf
die unbearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial 110 gewickelt
ist. Unbearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial 110 von
der Zuführtrommel 100 wird
am Anfang durch eine Spanneinrichtung 200 vorgeschoben,
um das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial zu spannen, und dann
durch ein Knotenerkennungssystem 300 zum Erkennen, ob sich
ein Knoten im unbearbeiteten chirurgischen Nahtmaterial 100,
das durch das Knotenerkennungssystem 300 läuft, befindet.
Nach dem Durchlauf durch das Knotenerkennungssystem 300 wird
das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial zu einer Anspitzstation 400 vorgeschoben,
wo ein vorgegebenes Stück
des unbearbeiteten chirurgischen Nahtmaterials 110 mit
Hilfe von Ultraschall in ein Stück
chirurgischen Nahtmaterials mit Spitze geformt wird. Nachdem das
mit einer Spitze versehene chirurgische Nahtmaterial in Station 400 ultraschallgeformt
wurde, wird das Nahtmaterial mit Spitze in eine Schneidstation 450 vorgeschoben
(z. B. eine automatische Schere oder ein Guillotinenschneider),
wo das mit Spitze versehene Nahtmaterial geschnitten wird, wodurch
ein bearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial erzeugt wird, das einen
Körperbereich
hat, der aus unbearbeitetem chirurgischen Nahtmaterial 110 und
einer ultraschallgeformten Spitze besteht, die mit einem Schnitt
endet.
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Wie weiter unten ausführlicher
erklärt
werden wird, wird das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110 aus
der Zuführtrommel 100 mit
einer bewegten Klammer 500 durch die Maschine 10 geschoben,
die gekoppelt ist an eine lineare Betätigungseinrichtung 500 zum
Antrieb der bewegten Klammer 500 zwischen einer Start-
oder Ausgangsstellung 510 auf einer Seite der Schneidstation 450 und
einer Endstellung 512 auf der anderen Seite der Schneidstation 450.
Die bewegte Klammer 500 hat eine Greif- (oder geschlossene)
Stellung, die in 8 dargestellt
wird, und eine nicht greifende (oder offene) Stellung, die in 9 dargestellt wird. Entsprechend
den Anweisungen von einem Regler 800 greift oder zieht
die bewegte Klammer 500 das unbearbeitete chirurgische
Nahtmaterial 110 durch die Maschine 10, um die
Herstellung des bearbeiteten Nahtmaterials zu ermöglichen.
Neben dem Vorschub des unbearbeiteten chirurgischen Nahtmaterials
durch die Maschine hat die bewegte Klammer 500 die Funktion,
das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110 in der
Anspitzstation 400 zu Anfang zu positionieren und auszurichten.
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Während
des Betriebes der Maschine 10 greift oder umschließt die bewegte
Klammer 500 zuerst das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110 in
der Ausgangsstellung 510. Danach, während die bewegte Klammer 500 in
ihrer Greif- oder geschlossenen Stellung verbleibt, bewegt die lineare
Betätigungseinrichtung 550 die
bewegte Klammer 500 aus ihrer Ausgangsstellung 510 zur
Endstellung 512. Während
die lineare Betätigungseinrichtung 550 die
bewegte Klammer 500 aus ihrer Ausgangsstellung 510 zur
Stellung 512 bewegt, zieht die bewegte Klammer 500 ein
Stück unbearbeitetes
chirurgisches Nahtmaterial 110 durch die Station 400 und
durch eine stationäre
Klammer 600, die angrenzend an die Endstellung 512 gelegen
ist. Genauso, wie die bewegte Klammer 500, hat die stationäre Klammer 600 eine
Greif- (oder geschlossene) Stellung, die in 10 dargestellt, und eine nicht greifende
(oder offene) Stellung, wie in 11 dargestellt.
Während
die lineare Betätigungseinrichtung 550 die
bewegte Klammer 500 aus der Ausgangsstellung 510 zur
Endstellung 512 bewegt, befindet sich die stationäre Klammer 600 in
ihrer offenen Stellung. Nachdem die bewegte Klammer ihre Endstellung 512 erreicht
hat, greift die stationäre
Klammer oder umschließt
das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110, das sich
in der stationären
Klammer 600 befindet. Die Stellungen der Schneidstation
und der stationären
Klammer 600 an der Maschine 10 können eingestellt
werden, um die Erzeugung von Nahtmaterial unterschiedlicher Länge zu erzeugen.
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Wie in den 2 bis 3 dargestellt,
umfaßt
die kombinierte Anspitz- und Schneidstation 400 ein Paar gegenüberliegender
Anspitzwerkzeuge 402, 404. Das Anspitzwerkzeug 402 hat
sowohl eine offene Stellung (in 2 gezeigt)
als auch eine geschlossene Stellung (in 3 gezeigt). Wenn, wie beschrieben, die
lineare Betätigungseinrichtung 550 die
bewegte Klammer 500 von der Ausgangsposition 510 in
die Endposition 512 bewegt, befindet sich das Anspitzwerkzeug 402 in
Station 400 in seiner offenen Stellung. Wenn die bewegte Klammer
ihre Endstellung 512 erreicht und die stationäre Klammer 600 das
unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110, das sich in
der stationären
Klammer 600 befindet, gefaßt oder umschlossen hat, bewegt
sich das Anspitzwerkzeug 402 von seiner offenen (eingezogenen)
Stellung in seine geschlossene (oder ausgefahrene) Stellung, um
die Ultraschallformung eines vorgegebenen Stückes mit Spitze versehenen
chirurgischen Nahtmaterials zu ermöglichen. Wie detaillierter
im Zusammenhang mit den 2 bis 5 beschrieben, wird, während sich
das Anspitzwerkzeug 402 in geschlossener Position befindet,
mindestens eines der Anspitzwerkzeuge 402, 404 mit
Ultraschallfrequenz in Schwingungen versetzt, um eine Stück chirurgischen
Nahtmaterials mit Spitze zu formen. Wenn das Anspitzwerkzeug 402 für eine vorgegebene
Verweilzeit (d. h. Schweißzeit
plus Haltezeit) in seiner geschlossenen Position ist, bewegt sich
das Anspitzwerkzeug 402 von seiner geschlossenen in die
offene Position, was zu einem Stück
angespitzten chirurgischen Nahtmaterials führt, das sich zwischen den
Werkzeugen 402, 404 befindet. Während dieses
Stück angespitztes
chirurgisches Nahtmaterial zwischen den Werkzeugen 402, 404 verbleibt,
wird ein weiteres Stück
angespitztes chirurgisches Nahtmaterial (das vorher von Station 400 angespitzt
wurde), das sich in der Schneidstation 450 befindet, von
der Station 450 durchtrennt, wodurch sich ein angespitztes
chirurgisches Nahtmaterial mit einem Schnittende ergibt.
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Während
das chirurgische Nahtmaterial, das sich an der Station 400 befindet,
angespitzt wird, öffnet sich
die bewegte Klammer 500 und gibt das chirurgische Nahtmaterial
in seiner Greifvorrichtung frei, wobei das Anspitzwerkzeug 402 sich
noch in Schließstellung
befindet, die lineare Betätigungsvorrichtung 500 bewegt die
bewegte Klammer 500 von ihrer Endstellung 512 in
ihre Ausgangsstellung 510, wo die bewegte Klammer das nächste Stück unbearbeitetes
chirurgisches Nahtmaterial 110 umschließt. Danach, wenn das Anspitzen des
chirurgischen Nahtmaterials in Station 400 abgeschlossen
ist und das Anspitzwerkzeug 402 sich in geöffneter
Stellung befindet, wird das chirurgische Nahtmaterial in Station 450 geschnitten.
Dann gibt die stationäre Klammer
das chirurgische Nahtmaterial in ihrer Greifvorrichtung (d. h. ein
bearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial mit einer geschnittenen
Spitze) frei, die lineare Betätigungsvorrichtung 550 bewegt
die geschlossene bewegte Klammer zurück in ihre Endstellung 512,
und der oben beschriebene Vorgang wird dann vorzugsweise wiederholt,
um weiteres bearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial herzustellen.
Da die Spanneinrichtung 200 auf das chirurgische Nahtmaterial 110,
das sich in der Maschine 10 befindet, eine Spannkraft ausübt, ist
es für die
bewegte Klammer 500 wichtig, das chirurgische Nahtmaterial
zu greifen oder zu umschließen,
bevor die stationäre
Klammer 600 öffnet,
um zu verhindern, daß die
Spannvorrichtung 200 das nachlaufende Ende des chirurgischen
Nahtmaterials, das von Station 450 geschnitten wird, in
eine entgegengesetzte Richtung zieht, wenn das angespitzte chirurgische
Nahtmaterial von Station 450 durchtrennt wird.
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Das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110,
das in Maschine 10 zur Herstellung von bearbeitetem Nahtmaterial
verwendet wird, kann aus thermoplastischem Nahtmaterialgeflecht,
wie zum Beispiel Polyestergeflecht oder Polyamid- oder Polyolefinnahtmaterial,
bestehen. Darüber
hinaus kann das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110,
das in Maschine 10 verwendet wird, aus Seide oder Leinen
bestehen, wobei in diesem Fall Maschine 10 dazu verwendet
werden kann, Seide- oder Leinenspitzen mit Hilfe von Ultraschall
zu verschmelzen. Alternativ dazu kann unbearbeitetes chirurgisches
Nahtmaterial 110, das in Maschine 10 verwendet
wird, aus Nylon bestehen, wobei in diesem Fall Maschine 10 dazu
verwendet werden kann, Nylonspitzen mit Hilfe von Ultraschall zu
ver schmelzen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der unten detaillierter beschriebenen
vorliegenden Erfindung, ist das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial,
das in Maschine 10 verwendet wird, Nahtmaterialgeflecht,
das aus Polyethylenterephthalat, wie zum Beispiel das von Ethicon, Inc.,
unter dem Warenzeichen Ethibond® Excel® vertriebene,
geformt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Simatic-Regler
Typ TI435, hergestellt von Siemens, verwendet, um Regler 800 zu
realisieren. Eine Bedienerschnittstelle wird vorzugsweise mit dem
Regler 800 gekoppelt.
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Arbeitsweise
der Anspitzwerkzeuge
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Wie oben erwähnt, formen, nachdem die bewegte
Klammer 500 ihre Endstellung 512 erreicht hat,
die Anspitzwerkzeuge 402, 404 in der Anspitzstation 400 mit
Hilfe von Ultraschall ein vorgegebenes Stück chirurgischen Nahtmaterials
mit Spitze aus dem unbearbeiteten chirurgischen Nahtmaterial 110,
das sich in der Station 400 befindet. Während des Betriebes der Anspitzwerkzeuge 402, 404,
wird das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110 ausgerichtet
und fixiert in der Station 400 durch die stationäre Klammer 600,
die sich auf einer Seite der Station 400 befindet, und
durch eine Rolle 514, die sich auf einer gegenüberliegenden
Seite der Station 400 befindet, aufgehängt. Weiterhin wird während des
Betriebes der Anspitzwerkzeuge 402, 404 das unbearbeitete
chirurgische Nahtmaterial 110, das in Station 400 aufgehängt ist,
durch die Spanneinrichtung 200 in der voreingestellten
Spannung gehalten.
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Die 2 und 3 zeigen zwei Ansichten der
Anspitzstation. Jede dieser Ansichten zeigt die Stellung der Anspitzwerkzeuge 402, 404 an
einer bestimmten Stelle während
des Nahtmaterialanspitzvorganges. Bezieht man sich jetzt insbesondere
auf 2, wird eine Seitenansicht
der Station 400 gezeigt, bei der sich das Anspitzwerkzeug 402 in
seiner eingezogenen oder offenen Stellung befindet. 2 zeigt die Stellung des Anspitzwerkzeuges 402,
wenn die bewegte Klammer 500 zuerst ihre Endstellung 512 erreicht.
Nachdem die bewegte Klammer 500 ihre Endstellung 512 erreicht
hat, bewegt der Zylinder 406 (vom Regler 800 gesteuert) das
Anspitzwerkzeug 402 von seiner eingefahrenen in die ausgefahrene
Stellung. Durch Bewegen des Anspitzwerkzeuges 402 zwischen
der eingefahrenen und ausgefahrenen Stellung, bewegt der Zylinder 406 das Anspitzwerkzeug 402 entlang
der durch Pfeile 408 dargestellten Achse. 3 zeigt die Stellung des Anspitzwerkzeuges,
nachdem der Zylinder 406 das Anspitzwerkzeug 402 in
seine ausgefahrene Stellung gebracht hat. Während das Anspitzwerkzeug 402 in
seine ausgefahrene Stellung bewegt wird, wird ein Querschnittsbereich
des Nahtmaterials 110, das in der Station 400 auf gehängt ist,
von der Fläche 402a des
Anspitzwerkzeuges 402 und der Fläche 404a des Anspitzwerkzeuges 404 kontaktiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung bewirkt der Zylinder 406, daß die Anspitzwerkzeugflächen 402a und 404a Druck auf
die Außenflächen des
Nahtmaterials 110, das sich zwischen den Werkzeugen 402 und 404 befindet,
ausüben
(oder dieses zusammenpressen). Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
wird ein Druck von ca. 172 kPa (25 psi) auf die Außenflächen des
Nahtmaterials ausgeübt,
wenn die Werkzeugflächen 402a und 404a das
Nahtmaterial, das sich in Station 400 befindet umschließen oder
zusammenpressen.
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Nachdem die Flächen 402a und 404a zusammengebracht
wurden und die Anspitzwerkzeuge 402, 404 das unbearbeitete
chirurgische Nahtmaterial 110, wie in 3 dargestellt, umschlossen haben, wird
(werden) eines oder beide Anspitzwerkzeug(e mit einer Ultraschallfrequenz
für eine
vorgegebene Schweißzeit
in Schwingung versetzt, um eine Nahtmaterialspitze zu formen. Bei
der bevorzugten Ausführungsform
verbleibt das Anspitzwerkzeug 402 während der Verweilzeit an Ort
und Stelle (d. h. eine Schweißzeit,
gefolgt von einer Haltezeit), wenn die Anspitzwerkzeuge 402, 404 das
unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110 umschließen, und
ein Schalltrichter 412, der mit dem Anspitzwerkzeug 404 verbunden
ist, versetzt das Anspitzwerkzeug 404 entlang der Achse 410 mit
einer Frequenz von 15 kHz bis 70 kHz und einer Amplitude von 2,54 μm bis 254 μm (0,0001
bis 0,010 Zoll) für
einen Zeitraum von ca. 0,050 Sekunden bis 10,0 Sekunden in Schwingung,
um die Nahtmaterialspitze zu formen. Bei einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
versetzt der Schalltrichter 410 das Anspitzwerkzeug 404,
bei einer Frequenz von 20 kHz bis 40 kHz mit einer Amplitude von
0,1016 mm (0,004 Zoll), für
200 ms während
des Nahtmaterial-Anspitzschrittes in Schwingung. Während der
Verweilzeit, wenn die Anspitzwerkzeuge 402, 404 das
unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110 umschlossen
haben, bewirkt die Schwingung des Anspitzwerkzeuges 404 gegen
das Anspitzwerkzeug 402, daß Fäden im Inneren oder Kern 112 (dargestellt
in 6) des unbearbeiteten
chirurgischen Nahtmaterials 110 (sowie Fäden an der
Außenfläche 114 des
Nahtmaterials) schmelzen oder verschweißen, wodurch ein Stück Nahtmaterial
mit Spitze zwischen den Werkzeugen 402, 404 gebildet
wird. Danach, am Ende der Verweilzeit, öffnet der Zylinder 406 das
Anspitzwerkzeug 402, indem er es zu seiner anfänglichen
eingezogenen Stellung zurückbringt.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform
wird ein Wandler 414, der an den Schalltrichter 412 durch
einen Verstärker 416 angeschlossen
ist, für
den Schalltrichter 412 verwendet. Der Verstärker 416 steuert
die Amplitude der Ultraschallschwingungen. Es wurde festgestellt,
daß bearbeitetes
Nahtmaterial mit einer mit Hilfe von Ultraschall verschmolzenen
Naht materialspitze, wie oben beschrieben, eine Zugfestigkeit an
der Nahtmaterialspitze hat, die bei etwa 75% bis 84% der Zugfestigkeit
des Körperbereiches
(d. h. des Teiles ohne Spitze) des bearbeiteten. Nahtmaterials liegt.
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Die Anspitzparameter, die zum Verschmelzen
von Spitzen mit Hilfe von Ultraschall verwendet wurden, variieren
in Abhängigkeit
vom Durchmesser des unbearbeiteten Nahtmaterials 110, das
der Maschine 10 zugeführt
wird. Tabelle 1, unten, gibt die bevorzugten Anspitzparameter an,
die für
die Ultraschallformung von Spitzen mit unterschiedlicher Größe eines
unbearbeiteten Nahtmaterialgeflechtes, gebildet aus Polyethylenterephthalat,
wie das von Ethicon, Inc. unter dem Warenzeichen Ethibond® Excel® vertriebene,
angewandt wurden. In der Tabelle ist auch der für jede Nahtmaterialgröße auf die
Außenflächen des
Nahtmaterials durch die Anspitzwerkzeuge 402, 404 bevorzugt
anzuwendende Druck angegeben, wenn die Anspitzwerkzeuge zuerst das
unbearbeitete Nahtmaterial umschließen, die bevorzugte Frequenz,
mit der das Anspitzwerkzeug 404 während des Ultraschallanspitzvorganges
schwingen sollte, und die bevorzugte Verweilzeit, während der
die Anspitzwerkzeuge 402, 404 das unbearbeitete
Nahtmaterial 110 während
des Ultraschalltanspitzvorganges umschlossen halten sollten (und
gegen dieses schwingen sollten).
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bestehen die Anspitzwerkzeuge 402, 404 aus
Stahl und sind mit einer nicht klebenden Substanz, wie TiN, Teflon® oder
Nedox® beschichtet,
um die Freigabe des Nahtmaterials aus den Anspitzwerkzeugen 402, 404 zu
ermöglichen,
wenn diese Werkzeuge geöffnet
werden. Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Anspitzwerkzeuge 402 und 404 eine
besondere Form haben, wird der Fachmann verstehen, daß Anspitzwerkzeuge
anderer Form, wie die in den 7 und 8 gezeigten, auch verwendet
werden können,
um mit Hilfe von Ultraschall Nahtmaterialspitzen gemäß der vorliegenden
Erfindung zu formen. In ähnlicher
Weise wird, obwohl das mit Ultraschall angespitzte Nahtmaterial,
das in 6 dargestellt
wird, einen kreisförmigen
Querschnitt hat, der Fachmann verstehen, daß mit Ultraschall angespitztes
Nahtmaterial, das andere Querschnittsformen aufweist (z. B. polygonal)
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Veränderung
der Form und Ausrichtung der eingesetzten Anspitzwerkzeuge gebildet
werden kann.
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Nahtmaterial-Spanneinrichtung
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Bezieht man sich jetzt auf 13, wird eine isometrische
Ansicht des Systems 200 zum Spannen eines Stückes chirurgischen
Nahtmaterials 110, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. System 200 umfaßt eine
Spanntrommel 202, die eine Breite, ein Gewicht und einen
kreisrunden Umfang 204 senkrecht zur Trommelbreite besitzt.
Die Spanntrommel 2002 hat an ihrem Umfang 204 eine
Nut 206 zur Aufnahme des chirurgischen Nahtmaterials 110.
Die Spanneinrichtung 200 umfaßt auch eine Führung 208,
gebildet aus zwei Schlitzen 208a, 208b, die sich
parallel entlang der Führung 208 erstrecken. Die
Führung 208 und
die Schlitze 208a, 208b befinden sich vorzugsweise
auf einer rein vertikalen Achse, obwohl in anderen Ausführungsformen
(nicht dargestellt) die Führung 208 und
die Schlitze 208a, 208b entlang einer Achse ausgerichtet
werden können,
die sowohl horizontale als auch vertikale Komponenten umfaßt. Die Schlitze 208a, 208b haben
die Aufgabe, die Spanntrommel 202 entlang der Führung 208 während des
Betriebes des Systems 200 aufzunehmen und zu führen. Die
Führung 208 ist
vorzugsweise senkrecht zur Breite der Spanntrommel 202 ausgerichtet.
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Beim Betrieb des Systems 200 ist
die Spanntrommel 202 vertikal in den Schlitzen 208a, 208b durch das
chirurgische Nahtmaterial 110 aufgehängt. Während die Spanntrommel vertikal
in den Schlitzen 208a, 208b durch das chirurgische
Nahtmaterial 110 aufgehängt
ist, übt
das Gewicht der Spanntrommel 202 eine entsprechende Spannkraft
auf das Nahtmaterial 110 aus, das gleich dem Gewicht der
Trommel ist. Um die auf das Nahtmaterial 110 während des
Betriebes des Systems 200 ausgeübte Spannung zu ändern, werden
weitere Gewichte 210 hinzugefügt oder aus dem Trommelarm
entfernt, der sich aus der Trom melmitte 202 erstreckt.
Die auf das Nahtmaterial 110 während des Betriebes des Systems 200 ausgeübte Spannung
stellt vorzugsweise die Mindestspannung dar, die erforderlich ist,
um zu verhindern, daß das
Nahtmaterial 110 'verwürgt' wird, wenn es von
der bewegten Klammer 500 durch die Maschine 10 gezogen
wird.
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Wenn die oben beschriebene bewegte
Klammer 500 sich in Greifstellung befindet und sich von
ihrer Ausgangsstellung 510 in ihre Endstellung 512 bewegt,
wird das Nahtmaterial 110, das in den Schlitzen 208a, 208b aufgehängt ist,
durch die Station 400 der Maschine 10 nach vorn
gezogen. Während
das Nahtmaterials von der bewegten Klammer 500 durch die
Maschine nach vorn gezogen wird, wird die Spanntrommel 202 in den
Schlitzen 208a, 208b nach oben gezogen. Unabhängig von
der vertikalen Stellung der Trommel 202 in den Schlitzen 208a, 208b,
wird jedoch die vom System 200 auf das Nahtmaterial 110 ausgeübte Kraft
konstant und gleich dem Gewicht der Trommel 202 sein. Ein
optischer Sensor 212, gekoppelt mit dem Regler 800,
wird vorgesehen, um festzustellen, ob durch das Ziehen der bewegten
Klammer 500 die Trommel 202 in der Führung 208 über den
Sensor 212 nach oben gezogen wurde. Stellt der optische
Sensor 212 fest, daß die
Spanntrommel 202 hinter dem Sensor 212 nach oben
gezogen wurde, bewirkt der Regler 800, daß ein Motor
(nicht dargestellt), der mit der Zuführtrommel 100 verbunden
ist, unbearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial 110 von der
Zufühmommel 100 abwickelt.
Wenn weiteres unbearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial 110 von
der Zuführtrommel 110 abgewickelt
wird, bewegt sich die Spanntrommel 202 in der Führung 208 nach
unten. Bei der bevorzugten Ausführungsform,
wickelt der Regler 800 weiterhin unbearbeitetes chirurgisches
Nahtmaterial 110 von der Zuführtrommel 100 ab,
bis sich die Spanntrommel 202 unterhalb des optischen Sensors 212 befindet.
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Ein optischer Sensor 214 wird
im unteren Teil der Führung 208 vorgesehen,
um festzustellen, ob das chirurgische Nahtmaterial 110 gebrochen
ist oder sich die Spannung des Nahtmaterials in der Maschine 10 verringert
hat. Da beim normalen Betrieb die Spanntrommel 202 nicht
unter den optischen Sensor 212 fallen darf, wird ein Bruch
im Nahtmaterial 110 oder ein Ausfall des Nahtmaterials
in der Maschine 10 durch den Sensor 214 signalisiert,
wenn der Sensor feststellt, daß die
Spanntrommel 202 unter die Höhe des Sensors 214 gefallen
ist.
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Knotenerkennungssystem
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Bezieht man sich jetzt auf die 14 und 15 werden zwei isometrische Ansichten
eines optischen Erkennungssystems 300 zur Erkennung von
Knoten im chirurgischen Nahtmaterial 110, das das System 300 durchläuft, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Knotenerkennungssystem 300 umfaßt eine
optische Lichtquelle 302 zum Ausrichten einer Lichtebene 304 auf
einen optischen Lichtdetektor 306, wenn chirurgisches Nahtmaterial 110 zwischen
der optischen Lichtquelle 302 und dem optischen Lichtdetektor
positioniert wird. Die optische Lichtquelle 302 wird vorzugsweise
aus einer Vielzahl von optischen Fasern 302a gebildet,
deren Enden entlang der optischen Ebene 304 ausgerichtet
sind. Der Regler 800 ist mit einem Ausgang des Lichtdetektors 306 verbunden,
um die Signale, die vom Lichtdetektor 306 ausgegeben werden,
zu verarbeiten und festzustellen, ob sich im Nahtmaterial 110,
das zwischen der Lichtquelle 302 und dem Lichtdetektor 306 angeordnet
ist, ein Knoten befindet. Insbesondere durch Vergleichen der Größe eines
Schattens 308, der auf den Lichtdetektor 306 durch
das Nahtmaterial 110 gegen eine vorgegebene Schwelle geworfen
wird, bestimmt der Regler 800, ob sich ein Knoten im Nahtmaterial 110 befindet,
das zwischen der Lichtquelle 302 und dem Lichtdetektor 306 angeordnet
ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
entspricht die vorgegebene Schwelle, die bei diesem Vergleich verwendet
wird, einer Größe eines
Schattens 308a, der auf den Lichtdetektor 306 durch
einen nicht verknoteten Querschnitt des Nahtmaterials 110 geworfen
wird. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt der Regler 800 nur
fest, daß ein
Knoten im Nahtmaterial 110, das das System 300 durchläuft, vorhanden
ist, wenn die Größe des Schattens,
der auf den Lichtdetektor 306 vom Nahtmaterial 110 geworfen
wird, mindestens 30% der Größe des Schattens 308a überschreitet,
der auf den Lichtdetektor 306 von einem unverknoteten Querschnitt
des Nahtmaterials 110 geworfen wird.
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Nahtmaterial
mit größerer Länge
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Obwohl im oben beschriebenen Verfahren
die Maschine 10 dazu verwendet wurde, ein bearbeitetes chirurgisches
Nahtmaterial mit einer Länge
herzustellen, die kürzer
war als die Länge
der linearen Betätigungseinrichtung 550,
kann Maschine auch für
den unten beschriebenen Modus mit einer größeren Nahtmateriallänge verwendet
werden, um bearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial herzustellen,
das länger
ist als die lineare Betätigungseinrichtung 550.
Beim Betrieb der Maschine 10 im Modus mit längerem Nahtmaterial
greift oder umschließt
die bewegte Klammer 500 zuerst das unbearbeitete chirurgische
Nahtma terial 110 in der Ausgangsstellung 510.
Danach bewegt die lineare Betätigungseinrichtung 550,
während
die bewegte Klammer 500 in ihrer Greif- oder Schließstellung
verbleibt, die bewegte Klammer 500 von ihrer Ausgangsstellung 510 zur
Endstellung 512. Da die lineare Betätigungseinrichtung 550 die
bewegte Klammer 500 von ihrer Ausgangsstellung 510 zur
Stellung 512 bewegt, zieht die bewegte Klammer 500 ein
Stück des
unbearbeiteten chirurgischen Nahtmaterials 110 durch die
Anspitzstation 400, die Schneidstation 450 und
durch die stationäre
Klammer 600. Nachdem die bewegte Klammer ihre Endstellung 512 erreicht
hat, greift oder umschließt
die stationäre
Klammer 600 das unbearbeitete chirurgische Nathmaterial 110,
das sich in der stationären
Klammer 600 befindet. Die bewegte Klammer 500 gibt
dann das unbearbeitete chirurgische Nahtmaterial 110 in
ihrer Greifvorrichtung frei. Danach, während die bewegte Klammer sich
in der offenen oder nicht greifenden Stellung befindet, bewegt die
lineare Betätigungseinrichtung 550 die
bewegte Klammer 500 von ihrer Endstellung 512 in ihre
Ausgangsstellung 510, wo die bewegte Klammer 500 wieder
unbearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial 110 an der Ausgangsstellung 510 greift
oder dieses umschließt.
Wenn die bewegte Klammer 500 das unbearbeitete chirurgische
Nahtmaterial 110 an der Ausgangsstellung 510 ein
zweites Mal greift, öffnet
die stationäre Klammer 600.
Danach, während
die bewegte Klammer 500 in ihrem Greif- oder Schließzustand
verbleibt und die stationäre
Klammer 600 im offenen Zustand verbleibt, bewegt die lineare
Betätigungseinrichtung 550 die bewegte
Klammer 500 von ihrer Ausgangsstellung 510 zur
Endstellung 512. Wenn die bewegte Klammer 500 ihre
Endstellung 512 ein zweites Mal erreicht hat, greift oder
umschließt
die stationäre
Klammer 600 unbearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial 110,
das sich in der stationären
Klammer 600 befindet.
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Nachdem das unbearbeitete chirurgische
Nahtmaterial 110 von der bewegten Klammer, wie oben beschrieben,
zweimal „gezogen" worden ist, arbeiten
die Werkzeuge 402, 404 in der Anspitzstation 400 wie
oben beschrieben, um mit Hilfe von Ultraschall ein Stück chirurgischen
Nahtmaterials mit Spitze, das sich in der Station 400 befindet,
zu formen. Nach dem Schneiden des mit Spitze versehenen Nahtmaterials
an der Station 450, gibt die stationäre Klammer 600 das
chirurgische Nahtmaterial in ihrer Greifvorrichtung frei. Wenn die
stationäre
Klammer sich öffnet
und das vorher gegriffene chirurgische Nahtmaterial freigibt, ergibt
sich ein bearbeitetes chirurgisches Nahtmaterial, das eine ultraschallgeformte
und geschnittene Spitze besitzt. Da die bewegte Klammer 500 das
Nahtmaterial 110 zwei Mal hintereinander gezogen hat, bevor
die Anspitzstation 400 die Nahtmaterialspitze geformt hat,
kann das erhaltene fertige chirurgische Nahtmaterial, das durch
den Modus der größeren Nahtmateriallänge hergestellt
wird, eine Länge
haben, die größer ist
als die Länge
der linearen Betätigungseinrichtung 500.
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Kontinuierliches
Verfahren mit kreisförmigen
Anspitzwerkeugen
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Bezieht man sich jetzt auf die 17 und 18, werden Seitenansichten und Querschnitte
einer alternativen Anspitzstation 400a gezeigt, die gebildet
wird durch sich gegenüberliegende
kreisförmige
Anspitzwerkzeuge 440, 450 für das kontinuierliche Anspitzen
unbearbeiteten chirurgischen Nahtmaterials 110 gemäß einer alternativen
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Endung. Das Anspitzwerkzeug 440 besitzt
an einem Teil des Umfanges eine Einkerbung 403, und das
Anspitzwerkzeug 450 hat eine entsprechende Nut 405, die
am Umfang angeordnet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Station 400a, ist die Einkerbung 403 so dimensioniert,
daß auf
die Außenfläche des
Nahtmaterials 110a Druck ausgeübt wird, wenn sich das Nahtmaterial 110a zwischen
der Einkerbung 403 und dem unteren Ende der Nut 405 befindet.
Die Anspitzwerkzeuge 440, 450 sind mit mechanischen
Betätigungseinrichtungen
(nicht dargestellt) gekoppelt, die die Werkzeuge 440, 450 kontinuierlich
in Pfeilrichtung drehen, wie in 17 dargestellt.
Während
des Drehens der Anspitzwerkzeuge 440, 450 versetzt
ein Schalltrichter (ebenfalls nicht dargestellt) das Anspitzwerkzeug 440 gegen das
Anspitzwerkzeug 450 mit einer Frequenz von 15 kHz bis 709
kHz (und vorzugsweise 20 kHz bis 40 kHz) und einer Amplitude von
2,54 μm
bis 254 μm
(0,0001 bis 0,010 Zoll) in Schwingung, um kontinuierlich Nahtmaterial
mit Spitze zu bilden. Die Station 400a kann durch die Station 400 in 1 ersetzt werden, um die Maschine 10 zu
konfigurieren, damit kontinuierlich Nahtmaterial mit ultraschallgeformten
Spitzen gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt wird.
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Bezieht man sich jetzt auf 19, wird eine Seitenansicht
einer Nahtmaterial-Anspitzund -Schneidstation 400b gezeigt,
die aus sich gegenüberliegenden
kreisrunden Anspitzund Schneidwerkzeugen 440a, 450 geformt
wird für
ein kontinuierliches Anspitzen und Schneiden von unbearbeitetem
chirurgischen Nahtmaterial 110, gemäß einer weiteren al-ternativen bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Werkzeug 440a ist im wesentlichen
gleich dem Werkzeug 440, mit der Ausnahme, daß das Werkzeuge 440a einen Schneidpunkt 403b zum
Schneiden eines Endbereiches der Nahtmaterialspitze während des
Drehens von Werkzeug 440 gegen das Werkzeug 450 aufweist.
Die Station 400b arbeitet im wesentlichen so wie Station 400a,
mit der Ausnahme, daß die
Station 400b für
das Formen und Schneiden von Nahtmaterialspitzen in kontinuierlicher
Arbeitsweise verwendet werden kann. Da das von Station 400b durchgeführte Schneiden
mit Hilfe eines Schneidpunktes 403b erfolgt, der mit einer
Ultraschallfrequenz schwingt, wird eine Nahtmaterialspitze von Station 400b gleichzeitig
geschnitten und versiegelt. Darüber
hinaus führt
das Ultraschallschneiden der Stelle 403b zu einer geschnittenen
Nahtmaterialspitze mit einem Anschnittwinkel, der das Einführen der
geschnittenen Nahtmaterialspitze in eine gebohrte Nadel ermöglicht.
Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform
der Station 400 die Werkzeuge 440a und 450 das
chirurgische Nahtmaterial 110 sowohl anspitzen als auch
schneiden, wird der Fachmann verstehen, daß zwei separate Paare kreisförmiger Werkzeuge
in Reihe eingesetzt werden können,
um Anspitz- und Schneidvorgänge
durchzuführen.
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Darüber hinaus muß man erkennen,
daß, obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wurde, verschiedene Modifikationen, die dem Fachmann
bekannt sind, an den hierin dargelegten Aufbauten und Prozeßschritten
vorgenommen werden können,
ohne daß von
der Erfindung, die in verschiedenen, hier angefügten Ansprüchen dargelegt ist, abgewichen
wird.
