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Die
Erfindung betrifft eine Manipulierzange, insbesondere, aber nicht
ausschließlich,
für chirurgische
Zwecke, aufweisend einen Rahmen, an einem ersten Ende des Rahmens
eine Steuerhandhabe und an einem zweiten, dem ersten Ende gegenüberliegenden
Ende des Rahmens einen Greifer sowie zwischen der Steuerhandhabe
und dem Greifer eine Kuppelvorrichtung.
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Derartige
Manipulierzangen sind aus US-A-5,275,615 bekannt und werden insbesondere für die sogenannte
laparoskopische Chirurgie verwendet, wobei ein wenig kleinere Einschnitte
in der Bauchwand eines Patienten durchgeführt werden, um die Einsetzung
der Manipulierzange zu ermöglichen.
Eine derartige minimal invasive Chirurgie ist patientenfreundlich
und wird zunehmend bevorzugt. Die bekannte Manipulierzange ist in
zwei Durchmessern verfügbar,
nämlich
einer, bei welcher der Rahmen durch ein verlängertes Rohr mit einem Außendurchmesser
von 5 mm gebildet wird, und einer Ausführungsform, bei welcher der
Durchmesser 10 mm ist. Durch diesen Rahmen der bekannten Manipulierzange
hindurch verläuft
eine stangenartige Kuppelvorrichtung zwischen der Steuerhandhabe,
welche, wenn die Manipulierzangen benutzt werden, in eine Hand des
Chirurgen platziert ist, und dem Greifelement, welches in den Patienten
eingesetzt wird.
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Chirurgische
Operationen unter Verwendung der bekannten Manipulierzangen treffen
auf Schwierigkeiten wegen der unzulänglichen Fähigkeit, mit den Manipulierzangen
zu fühlen.
Ein anderer Nachteil ist, dass die Genauigkeit der bekannten Manipulierzangen
infolge des Spiels in der Kuppelvorrichtung zwischen der Steuerhandhabe
und dem Greifer problematisch ist. Ein anderes Problem der bekannten
Manipulierzangen ist, dass der Greifer, welcher zwei aufeinander
einwirkende Greifelemente aufweist, eine nicht konstante Kraft in
Abhängigkeit
von dem Öffnungswinkel
zwischen den aufeinander einwirkenden Greifelementen erfordert.
Die Tatsache, dass die innere Steifigkeit der bekannten Manipulierzangen
gering ist, ist auch ein Problem: die Kuppelvorrichtung zwischen
der Steuerhandhabe und dem Greifer ist schlaff, mit dem Resultat,
dass, wenn ein fester Gegenstand gegriffen wird, dieser nicht als
fest wahrgenommen wird.
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Es
ist das Ziel der Erfindung, die Probleme der bekannten Manipulierzangen
zu lösen
und weitere Vorteile zu schaffen, welche unten erläutert werden.
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Die
Manipulierzange gemäß der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer mindestens ein bewegbares
Greifelement aufweist, und dass die Steuerhandhabe und das bewegbare
Greifelement mit dem Rahmen jeweils mittels eines Wälzlagers
gekuppelt sind, das zwischen dem Rahmen und der Steuerhandhabe bzw.
dem bewegbaren Greifelement angeordnet ist. Als ein Ergebnis ist
es unwichtig, dass wegen der chirurgischen Natur der Anmeldung die
Schmierung abwesend sein muss, und daher sind Manipulierzangen vorgesehen,
bei welchen die Reibungskomponente in der Kraft, die zum Bedienen
der Manipulierzangen erforderlich ist, erheblich reduziert wird.
Die Manipulierzangen gemäß der Erfindung
zeigten, dass sie weniger als 4% der ausgeübten Betätigungskraft benötigen, um
die Reibung zu überwinden.
Die Leistungseffizienz der Manipulierzangen gemäß der Erfindung ist daher mehr
als 96%. Im Gegensatz dazu ist die mechanische Effizienz der bekannten
Manipulierzangen nicht mehr als 30%.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Manipulierzangen gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhandhabe einen Hebel aufweist,
welcher am Ende des Rahmens mit einer zylindrischen Kontaktfläche versehen
ist, die mit einer ersten, am Rahmen vorgesehenen Kontaktfläche in Eingriff
ist, und dass das bewegbare Greifelement am Ende des Rahmens mit
einer zylindrischen Kontaktfläche
versehen ist, die mit einer zweiten, am Rahmen vorgesehenen Kontaktfläche in Eingriff
ist. Das Wälzlager
wird daher durch die zylindrischen Kontaktflächen an der Steuerhandhabe
und dem Greifer gebildet, die mit der ersten und zweiten Rahmenkontaktfläche des
Rahmens in Eingriff ist.
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Durch
Versehen der Manipulierzangen mit einer kreisförmigen ersten und zweiten Rahmenkontaktfläche, die
als Kreissegmente mit identischen Radien ausgebildet sind, kann
die durch die Steuerhandhabe erfahrene Bewegung in einem Verhältnis von
Eins-zu-Eins auf das bewegbare Greifelement übertragen werden. Es ist dann
erwünscht,
dass die erste und zweite Rahmenkontaktfläche derart am Rahmen angeordnet
sind, dass ihre Krümmungsmittelpunkte
identisch sind, um sicherzustellen, dass die Länge der Kuppelvorrichtung zwischen
der Steuerhandhabe und dem Greifer nicht variierbar ist.
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Vorzugsweise
ist jedes Wälzlager,
welches zum einen Teil von der ersten bzw. der zweiten Rahmenkontaktfläche und
zum anderen Teil von der zylindrischen Kontaktfläche der Steuerhandhabe bzw. des
bewegbaren Greifelements gebildet ist, mit einem ersten und einem
zweiten flexiblen Streifen versehen ist, wobei jeder von diesen
mit einem Ende mit der ersten bzw. der zweiten Rahmenkontaktfläche gekuppelt
ist, zwischen diese erste bzw. zweite Rahmenkontaktfläche und
die damit in Eingriff befindliche zylindrische Kontaktfläche der
Steuerhandhabe oder des bewegbaren Greifelements geführt ist
und welcher mit dem anderen Ende mit der zylindrischen Kontaktfläche der
Steuerhandhabe bzw. des bewegbaren Greifelements gekuppelt ist,
und an welchem ein dritter flexibler Streifen vorgesehen ist, der
in der Erstreckungsrichtung des ersten und des zweiten flexiblen Streifens
versetzt ist und welcher zwischen und nahe der Verbindungsstelle
des ersten und des zweiten flexiblen Streifens ebenfalls mit der
zylindrischen Kontaktfläche
der Steuerhandhabe bzw. des bewegbaren Greifelements gekuppelt ist
und von dort als Verlängerung
des ersten und des zweiten flexiblen Streifens zwischen der ersten
bzw. der zweiten Rahmenkontaktfläche
und der damit in Eingriff befindlichen zylindrischen Kontaktfläche der
Steuerhandhabe bzw. des bewegbaren Greifelements hindurchgeführt ist,
um an einer von der Verbindungsstelle des ersten und des zweiten
flexiblen Streifens entfernten Position ebenfalls mit der ersten
bzw. der zweiten Rahmenkontaktfläche
gekuppelt zu sein. In dieser Weise wird das Auftreten von Schlupf
in den Wälzlagern
verhindert, und die Festigkeit der Manipulierzangen wird erhöht, so dass
sie in der Lage sind, die in Bezug auf die ineinandergreifenden
Kontaktflächen
sich entwickelnden Tangentialkräfte
zu absorbieren, ohne den Wälzeingriff
der Kontaktflächen
zu stören.
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Bei
einer praktischen Ausführungsform
sind der erste, der zweite und der dritte flexible Streifen mittels
eines Querteils miteinander gekuppelt. Die Anzahl von flexiblen
Streifen kann leicht erhöht
werden.
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Beim
Betrieb der Manipulierzangen können die
ineinandergreifenden Kontaktflächen übereinander
wälzen,
während
sich die flexiblen Streifen, welche einander längsseits verlaufen können, biegen, um
die Bewegung aufzunehmen. Die besten Ergebnisse wurden erreicht,
wenn jeder flexible Streifen eine im Verhältnis zum kleinsten Radius
des Wälzlagers
ausgewählte
Dicke aufweist.
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Eine
praktische Ausführungsform
der Manipulierzange gemäß der Erfindung,
welche relativ einfach realisiert werden kann, ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerhandhabe mit einer Steuerrolle versehen ist, die
die an der ersten Rahmenkontaktfläche in Eingriff befindliche
Kontaktfläche
aufweist, und das bewegbare Greifelement mit einer Greifelementrolle
versehen ist, die die an der zweiten Rahmenkontaktfläche in Eingriff
befindliche Kontaktfläche aufweist,
und dass die Steuerrolle und die Greifelementrolle so miteinander
gekuppelt sind, dass sie im Wesentlichen verdrehfest sind. Dies
schafft ein sehr direktes Kuppeln zwischen der Bewegung des Greifelements
und des Steuerelements, so dass es eine optimale Rückkopplung
der auf das Greifelement ausgeübten
Kräfte
an die Steuerhandhabe gibt.
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Eine
Vielzahl von Ausführungsformen
ist für die
Realisierung der verdrehfesten Kuppelvorrichtung zwischen der Greifelementrolle
und der Steuerelementrolle möglich.
Zu diesem Zweck weist die Kuppelvorrichtung der Steuerrolle und
der Greifelementrolle bevorzugt zumindest eine Zugstange auf. Zusätzlich zu
der Zugstange können
ein oder mehrere Federelemente vorgesehen sein. Der Vorteil einer solchen
Lösung
unter Verwendung von Federelementen ist, dass infolge der Federwirkung
die unterschiedlichen Komponenten der Manipulierzange keine individuelle
Einstellung erfordern.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
können
zwei Federelemente vorgesehen sein, wobei ein erstes Federelement
die Steuerrolle mit dem Rahmen kuppelt und das zweite Federelement die
Greifelementrolle mit dem Rahmen kuppelt, und wobei die beiden Federelemente
miteinander im Gleichgewicht sind. Gleichgewichtige Federelemente bedeutet,
dass, wenn das erste Federelement unter Spannung gesetzt ist, das
zweite Federelement freigegeben ist, so dass die Spannungsenergie,
die erforderlich ist, um die eine Feder unter Spannung zu setzen,
verfügbar
ist, wenn die Spannung der anderen Feder freigegeben ist, so dass
es scheint, als ob es keine Federn gibt.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Manipulierzange mit Federelementen ist dadurch gekennzeichnet,
dass nur ein Federelement vorhanden ist, das die Steuerrolle mit
der Greifelementrolle kuppelt. Dies verhindert ein unvollständiges Ausgleichen
der Federn, wenn zwei vorhanden sind, welche die Arbeitsweise der
Manipulierzange ungünstig
beeinflussen.
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Bei
einer dritten Ausführungsform
sind die Manipulierzangen gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppelvorrichtung der Steuerrolle
und der Greifelementrolle zwei Zugstangen aufweist. Dies schafft
eine vollkommen feste Verbindungsstelle zwischen der Steuerrolle
und der Greifelementrolle, erfordert jedoch ein wenig Verstellung zum
Spannen der beiden Zugstangen. Dies kann ganz einfach durch Gestalten
der Manipulierzangen derart vorgenommen werden, dass der Rahmen zweiteilig
ist, so dass der Abstand zwischen der ersten Rahmenkontaktfläche und
der zweiten Rahmenkontaktfläche
verstellbar ist.
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Um
alle Vorteile der Erfindung zu realisieren, ist es erwünscht, dass
die Kupplung jeder Zugstange mit der Steuerrolle und der Greifelementrolle
mit einem Wälzlager
realisiert ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Zugstange an jedem Ende mit einem Auge versehen, um einen
zylindrischen Stift aufzunehmen, welcher mit der Steuerrolle bzw.
der Greifelementrolle gekuppelt: ist. Gemäß der Erfindung sollte die
in Kontakt mit dem Stift befindliche Seite des Auges die Form eines
Kreissegments aufweisen, dessen Radius gleich der Hälfte des
Abstandes zwischen den in Kontakt mit den Stiften befindlichen Seiten
der an beiden Seiten der Zugstange vorgesehen Augen ist.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnung weiter erläutert, in
welcher:
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1a und 1b die
Manipulierzange gemäß der Erfindung
nach einer ersten Ausführungsform
zeigen;
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2 die
Erfindung nach einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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3 die
Manipulierzange gemäß der Erfindung
nach einer dritten Ausführungsform
zeigt; und
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4 eine
Komponente eines Wälzlagers der
Manipulierzange gemäß der Erfindung
zeigt.
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Identische
Bezugszeichen, die in der Zeichnung verwendet werden, beziehen sich
auf identische Komponenten.
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Die 1a, 1b, 2 und 3 zeigen Manipulierzangen
mit einem Rahmen 1, einer Steuerhandhabe 2 und
einem Greifer 3. Sowohl die Steuerhandhabe 2 als
auch der Greifer 3 sind mit einem Wälzlager 4, 5 versehen.
Dieses Wälzlager 4, 5 weist eine
Rolle 6 bzw. 7 auf, welche ein Teil der Steuerhandhabe 2 bzw.
eines bewegbaren Greifelements 8 ist. Die Rollen 6 und 7 weisen
eine zylindrische Kontaktfläche
auf, und die Kontaktflächen
sind mit einer ersten Rahmenkontaktfläche 9 und einer zweiten Rahmenkontaktfläche 10 in
Eingriff. Die erste Rahmenkontaktfläche 9 und die zweite
Kontaktfläche 10 sind
als Kreissegmente ausgebildet und weisen identische Radien auf.
Gleichfalls sind in den gezeigten Ausführungsformen die erste und
zweite Rahmenkontaktfläche 9, 10 an
dem Rahmen 1 derart positioniert, dass sie einen identischen
Krümmungsmittelpunkt
haben, so dass die Rahmenkontaktflächen 9, 10 sozusagen
einen Teil ein und desselben imaginären Zylinders bilden.
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4 zeigt
detailliert, dass die Rollen 6, 7 und die erste
bzw. zweite Rahmenkontaktfläche 9, 10 mittels
einer Anzahl von flexiblen Streifen 12, 13, 14, 23 miteinander
gekuppelt sind, die jeweils sowohl mit der ersten bzw. der zweiten
Rahmenkontaktfläche 9, 10 als
auch mit der Rolle 6 bzw. 7 gekuppelt sind. Solche
flexiblen Streifen können
aus einer dünnen
Platte aus rostfreiem Stahl geformt sein, die ohne viel Widerstand
durch Verschieben der Rollen 6, 7 über die erste
bzw. zweite Rahmenfläche 9, 10 abgerollt
werden kann.
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Wie
in 4 deutlich gezeigt ist, sind ein erster flexibler
Streifen 13 und ein zweiter flexibler Streifen 14 an
dem einen Ende mit der ersten bzw. der zweiten Rahmenkontaktfläche 9, 10 gekuppelt
und werden zwischen der ersten bzw. zweiten Rahmenkontaktfläche 9, 10 und
der Rolle 6, 7 geführt, während sie an ihrem anderen
Ende mit der Rolle 6, 7 gekuppelt sind. Zusätzlich ist
immer ein dritter Streifen 12 oder 23 vorgesehen,
der in der Erstreckungsrichtung des ersten und zweiten flexiblen
Streifens 13, 14 befestigt ist, welcher ebenfalls
zwischen und nahe der Verbindungsstelle des ersten und zweiten flexiblen
Streifens 13, 14 mit der Rolle 6, 7 gekuppelt
ist und von dort als Verlängerung
des ersten und des zweiten flexiblen Streifens 13, 14 zwischen
der ersten bzw. der zweiten Rahmenkontaktfläche 9, 10 und der
Rolle 6, 7 geführt
wird, um an einer von der Verbindungsstelle des ersten und zweiten
flexiblen Streifens 13, 14 entfernten Position
ebenfalls mit der ersten bzw. der zweiten Rahmenkontaktfläche 9, 10 gekuppelt
zu sein. Die Figur zeigt ferner deutlich, dass von zwei flexiblen
Streifen, die durch Bezugszeichen 13 und 14 angezeigt
sind, und zusätzlich
zwischen und in der Erstreckungsrichtung der Streifen von zwei flexiblen
Streifen Gebrauch gemacht wird, welche die Bezugszeichen 12 und 13 tragen.
Dies wird vorgenommen, um zu ermöglichen,
dass die Zugstangen 16, 20 (die unten weiter erläutert werden),
die mit der Mitte der Rolle 6, 7 in Eingriff sind,
hindurchgeführt werden
können.
Eine praktische Ausführungsform der
einen Sache und einer anderen ist in 4 deutlich
gezeigt, d. h. die Anwendung eines Querteils 15, durch
welches alle flexiblen Streifen 13, 14 und 12, 23 miteinander
verbunden sind.
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Die
optimale Dicke der flexiblen Streifen 12, 13, 14, 23 kann
durch Berücksichtigung
der Bruchfestigkeit bzw. des Rollwiderstandes der Streifen ausgewählt werden.
Die optimale Dicke der flexiblen Streifen 11 hängt von
dem kleinsten Radius der ineinandergreifenden Kontaktflächen des
Wälzlagers
ab; in diesem Falle dem Radius der Rolle 6, 7.
Die Dicke des flexiblen Streifens wird proportional zu dem oben erwähnten kleinsten
Radius ausgewählt.
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1a, 1b, 2 und 3 zeigen deutlich,
dass die Steuerhandhabe 2 mit einer Steuerrolle 6 versehen
ist, welche die Kontaktfläche
trägt, die
mit der ersten Rahmenkontaktfläche 9 in
Eingriff ist, und dass das bewegbare Greifelement 8 mit
einer Greifelementrolle 7 versehen ist, das die Kontaktfläche trägt, die
mit der zweiten Rahmenkontaktfläche 10 in
Eingriff ist, und dass die Steuerrolle 6 und die Greifelementrolle 7 im
Wesentlichen verdrehfest miteinander verbunden sind. Bei all den
gezeigten Ausführungsformen
weist die Kuppelvorrichtung der Steuerrolle 6 und der Greifelementrolle 7 wenigstens eine
Zugstange 16 auf. 2 zeigt,
dass die Kuppelvorrichtung der Steuerrolle 6 und der Greifelementrolle 7 ferner
Federelemente 17 und 18 aufweist, welche miteinander
im Gleichgewicht sind, wobei ein erstes Federelement 17 die
Steuerrolle 6 mit dem Rahmen 1 kuppelt und das
zweite Federelement 18 die Greifelementrolle 7 mit
dem Rahmen 1 kuppelt. 3 zeigt
eine andere bevorzugte Ausführungsform,
die nur das eine Federelement 19 aufweist, welches die
Steuerrolle 6 direkt mit der Greifelementrolle 7 kuppelt. 1a und 1b zeigen
noch eine andere Ausführungsform,
d. h. eine, bei welcher die Kuppelvorrichtung der Steuerrolle 6 und
der Greifelementrolle 7 zwei Zugstangen 16 und 20 aufweist.
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Dank
der Verwendung von Federelementen 17, 18 und 19 benötigen die
in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen
keinerlei Verstellung für die
Spannung der Zugstange 16. Die Verwendung der Federelemente 17, 18 und 19 schafft
praktisch automatisch eine spielfreie Kuppelvorrichtung zwischen
der Steuerrolle 6 und der Greifelementrolle 7. Dies
ist bei der in 1a und 1b gezeigten
Ausführungsform
nicht so, wobei die Zugstangen 16 und 20 eine
feste Kuppelvorrichtung zwischen der Steuerrolle 6 und
der Greifelementrolle 7 schaffen. Um in der Lage zu sein,
die Zugstangen 16 und 20 zu verstellen, ist es
wesentlich, dass die erste Kontaktfläche 9 und die zweite
Rahmenkontaktfläche 10 voneinander
weg bewegt werden können.
Zu diesem Zweck ist der Rahmen zweiteilig ausgeführt (nicht gezeigt), so dass
der Abstand zwischen der ersten Rahmenkontaktfläche 9 und der zweiten
Rahmenkontaktfläche 10 verstellbar
ist. Dies kann in einer Weise durchgeführt werden, die einem Experten
allgemein bekannt ist, so dass es keinen Bedarf gibt, in weitere Details
bezüglich
der Zweiteiligkeit des Rahmens 1 zu gehen.
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Beide
Zugstangen 16 und 20 sind mit der Steuerrolle 6 bzw.
der Greifelementrolle 7 mittels eines Wälzlagers gekuppelt. Zu diesem
Zweck ist jede Zugstange 16, 20 an jedem Ende
mit einem Auge 21 versehen, um einen zylindrischen Stift 22 aufzunehmen,
welcher mit der Steuerrolle 6 bzw. der Greifelementrolle 7 gekuppelt
ist. Die Seite jedes Auges, die mit einem Stift 22 in Kontakt
ist, ist als Kreissegment ausgebildet, dessen Radius gleich der
Hälfte
des Abstandes zwischen den in Kontakt mit den Stiften 22 befindlichen
Seiten der an beiden Seiten der Zugstange 16 bzw. 20 vorgesehen
Augen 21 ist.