WO2024033393A1 - Gelenkarretierung für haltearme medizinischer operationseinrichtungen - Google Patents

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WO2024033393A1
WO2024033393A1 PCT/EP2023/071996 EP2023071996W WO2024033393A1 WO 2024033393 A1 WO2024033393 A1 WO 2024033393A1 EP 2023071996 W EP2023071996 W EP 2023071996W WO 2024033393 A1 WO2024033393 A1 WO 2024033393A1
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WO
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gear
tooth
roller
rollers
joint
Prior art date
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PCT/EP2023/071996
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Egle
Pascal HENI
Original Assignee
Karl Storz Se & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Karl Storz Se & Co. Kg filed Critical Karl Storz Se & Co. Kg
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0004—Braking devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00149—Holding or positioning arrangements using articulated arms
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B2017/00982—General structural features
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    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B2090/508—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms with releasable brake mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a joint lock for holding arms of medical operating devices with a gear wheel arranged on a pivot axis of a joint and a spring-loaded roller which is in direct operative connection with the gear wheel.
  • Holding arms for medical operating devices such as surgical robots or holding stands
  • the joints of the holding arms are equipped with joint locks, via which the holding arms can be fixed in the currently required position.
  • a joint locking device with a gear wheel arranged on a pivot axis of a joint and a spring-loaded roller that is in direct operative connection with the gear wheel is known from the prior art.
  • the spring-loaded roller is pressed into a tooth gap between two teeth of the gear and thus prevents the holding arm from pivoting further.
  • the gear arranged on the pivot axis of the joint has as many teeth as possible and thus also many tooth gaps that are used for locking purposes. The more teeth a gear has, the narrower and more pointed the tips of the respective teeth are.
  • a joint lock designed in this way has certainly proven itself in practice, but it has turned out that it is not just the small rollers due to the contact pressure generated by the spring load and the rolling over the pointed teeth or Tooth heads, but also the teeth or The tooth heads of the gear are subject to high levels of wear, which can lead to reduced locking performance of the joint.
  • the invention is based on the task of designing a joint lock for holding arms of medical operating devices in such a way that it ensures reduced wear on the roller and/or gear while maintaining the same positioning capability of the joint.
  • the solution to this problem is characterized according to the invention by two spring-loaded rollers, which are in direct operative connection with at least one gear in such a way that in each locking position of the joint at least one roller always engages in a tooth gap between two adjacent teeth of at least one gear.
  • the two rollers are mounted in a tiltable manner at the end of a pivot lever which is spring-loaded via at least one spring element and are in direct operative connection with a single gear, the tilting plane in which the two rollers can be tilted relative to the gear , is arranged parallel to the gear.
  • the tiltable mounting of the two rollers facilitates the transition from one tooth gap to the next tooth gap when pivoting the holding arm into a new position.
  • the two rollers are arranged at the ends on a two-armed rocker lever, the rocker lever being pivotably mounted on the end of the pivot lever remote from the at least one spring element.
  • the invention proposes that in each locking position a roller is arranged in a tooth gap of the gear while the other roller is arranged on a tooth tip of the same gear.
  • This arrangement of the two rollers relative to each other and relative to the tooth gaps and tooth heads of the gear makes it possible for each rotation of the gear to be only half the tooth gap distance a roller, namely the one previously arranged on the tooth head, engages in a locking manner in a tooth gap, while the roller previously arranged in the tooth gap is now arranged on the nearest tooth head.
  • This adjustment of the gear in half steps, measured by the tooth gap distance of the gear enables the same number of locking positions of the joint as when using a gear with twice as many teeth.
  • the two rollers are mounted in a tiltable manner at the end of a pivot lever which is spring-loaded via at least one spring element and that each of the two rollers is in direct operative connection with a separate gear, the two rollers being divided into two parallel tilting planes can be tilted relative to the two gears, which are both arranged parallel to the two gears.
  • the contact pressure exerted via the at least one spring element on the pivoting lever and thus on the two rollers is transmitted evenly to the gears assigned to the respective rollers in order to achieve effective locking of the joint.
  • the invention proposes that when using two gears, the two identically designed gears are arranged parallel to one another on the pivot axis of the joint in such a way that each tooth of one gear is arranged centrally to a tooth gap of the other gear.
  • the two rollers are arranged at the ends on a two-armed rocker lever, the rocker lever being pivotably mounted on the end of the pivot lever remote from the at least one spring element.
  • This arrangement of the two gears relative to each other also allows locking in half steps; measured by the tooth gap distance of the individual gears, this enables the same number of locking positions of the joint as when using a gear with twice as many teeth.
  • one roller in each locking position, one roller is arranged in a tooth gap of one gear, while the other roller is arranged on a tooth head of the other gear.
  • each roller is only positioned selectively on the two sides when arranged in a tooth gap tooth flanks of the respective tooth gap. The fact that the rollers only contact the tooth flanks at specific points guarantees an exact and play-free positioning of the respective roller in the corresponding tooth gap.
  • the contact areas of the tooth flanks, where a roller rests at points on the tooth flanks, is designed according to the invention as a straight line in order to ensure a defined introduction of force of the contact pressure of the roller into the tooth flanks lying tangentially on the roller for secure locking of the joint.
  • the invention proposes that the tooth base of each tooth gap between two teeth arranged next to one another is formed in the shape of a partial circle in such a way that the radius of each tooth base of the at least one gear is smaller than the radius of each roller.
  • Fig. 1 a schematic front view of a first embodiment of a joint lock according to the invention for holding arms;
  • Fig. 2 a schematic front view of a second embodiment of a joint lock according to the invention for holding arms
  • FIG. 3 an enlarged schematic representation of the detail I I I according to FIG. 1 .
  • the figure Fig. 1 shows a joint lock 1 for holding arms of medical surgical devices, such as surgical robots or holding stands.
  • the holding arm which can be pivoted about a pivot axis 2, is not shown in the figures, since the structure and structural design of the joint lock 1 is independent of the design of the holding arm.
  • the joints of the holding arms are equipped with at least one joint locking device 1, via which the respective holding arms can be fixed in the currently required position.
  • joint lock 1 essentially consists of a gear 3 arranged on the pivot axis 2 of a joint and two spring-loaded rollers 4 and 5 which are in direct operative connection with the gear 3.
  • the two rollers 4, 5 are mounted so that they can tilt at the end of a pivot lever 7 which is spring-loaded via at least one spring element 6.
  • the pivoting lever 7 in turn is mounted on a joint housing 9 so as to be pivotable about a pivot axis 8.
  • the at least one spring element 6 is mounted on the one hand on the pivot lever 7 and on the other hand on an abutment 10 on the joint housing 9 .
  • the two rollers 4 and 5 are arranged at the ends on a two-armed rocker lever 11, the rocker lever 11 being pivotably mounted on the end of the rocker lever 7 remote from the at least one spring element 6.
  • the tilting plane KE-1 in which the two rollers 4 and 5 can be tilted relative to the gear 3, is arranged parallel to the gear 3.
  • the two rollers 4 and 5 are arranged relative to the gear 3 on the rocker arm 11 in such a way that in each locking position one roller 4 or 5 is arranged in a tooth gap 12 between two adjacent teeth 13 of the gear 3, while the other roller 5 or 4 is on a tooth head 14 of a tooth 13 of the same gear 3 is arranged.
  • the ones in Fig. 1 shown joint lock 1 works as follows:
  • the pivot lever 7 presses with the spring force of the spring element 6 the two tiltable rollers 4 and 5 mounted on the rocker lever 11 downwards in the direction of the gear 3 so that the roller 4 is recorded in a tooth gap 12 between two adjacent teeth 13 of the gear 3 is arranged, while the other roller 5 is arranged on a tooth head 14 of a tooth 13 of the same gear 3.
  • the spring-loaded pivoting lever 7 ensures that the rollers 4 and 5 are always in direct operative connection with the gear 3 and the respective roller 4 or 5 arranged in a tooth gap 12 fixes the gear 3 and thus the holding arm in the respective position.
  • Fig. 2 shown second embodiment of the joint lock 1 differs from that in Fig. 1 and previously described joint lock 1 in that now two identically designed gears 3 and 17 are arranged parallel to each other on the pivot axis 2 of the joint.
  • the two gears 3 and 17 are arranged relative to one another in such a way that each tooth 13 of one gear 3 or 17 is arranged centrally to a tooth gap 12 of the other gear 17 or 3.
  • the two rollers 4 and 5 are mounted so that they can be tilted at the end of the pivot lever 7, which is spring-loaded via at least one spring element 6, so that each of the two rollers 4 and 5 is in direct operative connection with a separate gear wheel 3, 17 .
  • the spring-loaded pivoting lever 7 in turn is mounted on the joint housing 9 so as to be pivotable about a pivoting axis 8, with the at least one spring element 6 being mounted on the one hand on the pivoting lever 7 and on the other hand on an abutment 10 on the joint housing 9.
  • Fig. 2 you can see the two roles
  • rocker lever 11 is pivotably mounted on the end of the rocker lever 7 remote from the at least one spring element 6.
  • the two rollers 4 and 5 can be tilted in two parallel tilting planes KE-2 relative to the two gears 3 and 17, the two tilting planes KE-2 being parallel to the two gears 3 and 17 are arranged.
  • the two rollers 4 and 5 are arranged relative to the gears 3 and 17 on the rocker arm 11 in such a way that in each locking position a roller 4 or 5 is arranged in a tooth gap 12 between two adjacent teeth 13 of one gear 3 or 17, while the another roller 5 or 4 is arranged on a tooth head 14 of a tooth 13 of the other gear 17 or 3.
  • the pivoting lever 7 presses the two rollers 4 and 4 which are mounted in a tiltable manner on the rocker lever 11 with the spring force of the spring element 6
  • roller 4 recording is arranged in a tooth gap 12 between two adjacent teeth 13 of the gear 3, while the other roller 5 is arranged on a tooth head 14 of a tooth 13 of the other gear 17.
  • This adjustment of the gear 3 in half steps, measured by the tooth gap distance of the gear 3, enables the same number of locking positions of the joint as when using a gear with twice as many teeth, but only one roller for locking in a tooth gap 12. Only the storage of the rollers 4 and 5 on the rocker lever 11, which can be tilted relative to the pivoting lever 7, enables the rollers 4 and 5 to lock at half the tooth gap distances.
  • the spring-loaded pivoting lever 7 ensures that the rollers 4 and 5 are always in direct operative connection with the two gears 3 and 17 and that the respective roller 4 or 5 arranged in a tooth gap 12 holds the gear 3 or 17 and thus the holding arm in the j fixed in respective position.
  • the two in the figures Fig. 1 and 2 for the design of a joint lock 1 are characterized in that due to the two rollers 4 and 5 used, which enable locking at half tooth gap intervals, the individual gears 3 and 17 can be designed with relatively wide tooth gaps and also the Rollers 4 and 5 can have a correspondingly large radius, so that the wear on the rollers 4 and 5 as well as on the tooth heads 14 of the gears 3 and 17 is significantly reduced compared to the joint locks 1 known from the prior art.
  • each roller 4 or 5 lies in a tooth gap 12 in the arrangement Gear 3 or 17 only at certain points on the tooth flanks 16 on both sides of the respective tooth gap 12, as shown in FIG. 3 is shown.
  • the contact areas of the tooth flanks 16, where a roller 4 or 5 rests at points on the respective tooth flanks 16, is advantageously designed as a straight line in order to ensure a defined introduction of the contact pressure of the roller 4 or 5 into the tangential position for secure locking of the joint the tooth flanks 16 adjacent to the roller 4 or 5.
  • the tooth base 18 of each tooth gap 12 between two teeth 13 arranged next to one another is designed in the shape of a part circle so that the radius of each tooth base 18 of the gears 3 and 17 is smaller than the radius of each roller 4 or 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gelenkarretierung (1) für Haltearme medizinischer Operationseinrichtungen mit einem auf einer Schwenkachse (2) eines Gelenks angeordneten Zahnrad (3) und einer mit dem Zahnrad (3) in direkter Wirkverbindung stehenden federbelasteten Rolle (4, 5). Eine Gelenkarretierung (1) für Haltearme medizinischer Operationseinrichtungen, die bei gleichbleibender Positioniermöglichkeit des Gelenks einen verminderten Verschleiß von Rolle (4, 5) und/oder Zahnrad (3) gewährleistet, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei federbelastete Rollen (4, 5), die mit mindestens einem Zahnrad (3) so in direkter Wirkverbindung stehen, dass in jeder Rastposition des Gelenks immer mindestens eine Rolle (4 oder 5) rastend in eine Zahnlücke (12) zwischen zwei benachbarten Zähnen (13) mindestens eines Zahnrads (3) eingreift.

Description

Gelenkarretierung für Haltearme medi zinischer Operationseinrichtungen
Die Erfindung betri f ft eine Gelenkarretierung für Haltearme medi zinischer Operationseinrichtungen mit einem auf einer Schwenkachse eines Gelenks angeordneten Zahnrad und einer mit dem Zahnrad in direkter Wirkverbindung stehenden federbelasteten Rolle .
Haltearme für medi zinische Operationseinrichtungen, wie beispielsweise Operationsroboter oder auch Haltestative , sind aus der Praxis in viel fältigen Aus führungs formen bekannt . Um die Haltearme in der j ewei lig erforderlichen Position der Verschwenkung im Raum positionieren zu können, sind die Gelenke der Haltearme mit Gelenkarretierungen ausgestattet , über die die Haltearme in der aktuell erforderlichen Position fixierbar sind .
Aus dem Stand der Technik ist eine Gelenkarretierung mit einem auf einer Schwenkachse eines Gelenks angeordneten Zahnrad und einer mit dem Zahnrad in direkter Wirkverbindung stehenden federbelasteten Rolle bekannt . Zum Arretieren des Gelenks wird die federbelastete Rolle in eine Zahnlücke zwischen zwei Zähnen des Zahnrads gedrückt und verhindert so ein weiteres Verschwenken des Haltearms . Um das solchermaßen ausgestaltete Gelenk in möglichst kleinen Raststufen verschwenken zu kön- nen, weist das auf der Schwenkachse des Gelenks angeordnete Zahnrad möglichst viele Zähne und somit auch viele zur Arretierung dienende Zahnlücken auf . Je mehr Zähne ein Zahnrad aufweist , desto schmaler und spitzer fallen die Zahnköpfe der j eweiligen Zähne aus .
Je mehr Zahnlücken an einem Zahnrad ausgebildet sind, desto schmaler ist auch die j eweilige Zahnlücke und desto kleiner ist auch der Radius der zur Arretierung dienenden Rolle , die in der Zahnlücke Aufnahme finden soll .
Eine solchermaßen ausgestaltete Gelenkarretierung hat sich in der Praxis durchaus bewährt , j edoch hat sich herausgestellt , dass nicht nur die kleinen Rollen aufgrund des über die Federbelastung erzeugten Anpressdruck und das Abrollen über die spitzen Zähne bzw . Zahnköpfe , sondern auch die Zähne bzw . Zahnköpfe des Zahnrads einem hohen Verschleiß unterliegen, was zu einer verminderten Arretierungsleistung des Gelenks führen kann .
Davon ausgehend liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde , eine Gelenkarretierung für Haltearme medi zinischer Operationseinrichtungen so aus zugestalten, dass diese bei gleichbleibender Positioniermöglichkeit des Gelenks einen verminderten Verschleiß von Rolle und/oder Zahnrad gewährleistet .
Die L ö s u n g dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei federbelastete Rollen, die mit mindestens einem Zahnrad so in direkter Wirkverbindung stehen, dass in j eder Rastposition des Gelenks immer mindestens eine Rolle rastend in eine Zahnlücke zwischen zwei benachbarten Zähnen mindestens eines Zahnrads eingrei ft .
Durch die Verwendung von zwei Rollen federbelasteten Rollen ist es möglich bei Beibehaltung der Anzahl von Rastpositionen die Anzahl der Zähne des mindestens einen Zahnrads zu verringern, was wiederum auch eine Vergrößerung des Radius der beiden Rollen ermöglicht . Die Vergrößerung der Rollendurchmesser und die Aufteilung des Anpressdrucks auf zwei Rollen vermindert deutlich den Verschleiß der Rollen sowie der Zähne bzw . Zahnköpfe des mindestens einen Zahnrads .
Mit einer ersten Aus führungs form der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die beiden Rollen kippbeweglich am Ende eines über mindestens ein Federelement federbelasteten Schwenkhebels gelagert sind und mit einem einzelnen Zahnrad in direkter Wirkverbindung stehen wobei die Kippebene in der die beiden Rollen relativ zu dem Zahnrad verkippbar sind, parallel zu dem Zahnrad angeordnet ist . Die kippbewegliche Lagerung der beiden Rollen erleichtert den Übergang von einer Zahnlücke zur nächsten Zahnlücke beim Verschwenken des Haltearms in eine neue Position .
Zur Ausbildung der kippbeweglichen Lagerung der beiden Rollen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die beiden Rollen endseitig an einem zweiarmigen Wipphebel angeordnet sind, wobei der Wipphebel verschwenkbar am vom mindestens einen Federelement fernen Ende des Schwenkhebels gelagert ist . Durch die Anordnung der beiden Rollen an einem Wipphebel der seinerseits verschwenkbar an dem federbelasteten Schwenkhebel gelagert ist , wird die Anpresskraft des mindestens einen Federelements gleichmäßig auf beide Rollen aufgebracht .
Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass in j eder Raststellung eine Rolle in einer Zahnlücke des Zahnrads angeordnet ist während die andere Rolle auf einem Zahnkopf desselben Zahnrads angeordnet ist . Durch diese Anordnung der beiden Rollen zueinander sowie relativ zu den Zahnlücken und Zahnköpfen des Zahnrads ist es möglich, dass bei j eder Verdrehung des Zahnrads um nur einen halben Zahnlückenabstand eine Rolle , nämlich die zuvor auf dem Zahnkopf angeordnete , rastend in eine Zahnlücke eingrei ft , während die zuvor in der Zahnlücke angeordnete Rolle j etzt auf dem nächstgelegenen Zahnkopf angeordnet ist . Diese Verstellung des Zahnrads in halben Schritten, gemessen am Zahnlückenabstand des Zahnrads ermöglicht die gleiche Anzahl von Rastpositionen des Gelenks wie bei der Verwendung eines Zahnrads mit doppelt soviel Zähnen .
Gemäß einer zweiten Aus führungs form der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die beiden Rollen kippbeweglich am Ende eines über mindestens ein Federelement federbelasteten Schwenkhebels gelagert sind und j ede der beiden Rollen j eweils mit einem separaten Zahnrad in direkter Wirkverbindung steht , wobei die beiden Rollen in zwei parallelen Kippebenen relativ zu den beiden Zahnrädern verkippbar sind, die beide parallel zu den beiden Zahnrädern angeordnet sind . Bei dieser Ausgestaltung wird der über das mindestens eine Federelement auf den Schwenkhebel und somit auf die beiden Rollen ausgeübte Anpressdruck gleichmäßig auf die den j eweiligen Rollen zugeordneten Zahnräder übertragen, um eine wirksame Arretierung des Gelenks zu erzielen .
Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass bei der Verwendung von zwei Zahnrädern die beiden identisch ausgebildeten Zahnräder parallel zueinander so auf der Schwenkachse des Gelenks angeordnet sind, dass j eder Zahn des einen Zahnrads mittig zu einer Zahnlücke des anderen Zahnrads angeordnet ist .
Zur Ausbildung der kippbeweglichen Lagerung der beiden Rollen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die beiden Rollen endseitig an einem zweiarmigen Wipphebel angeordnet sind, wobei der Wipphebel verschwenkbar am vom mindestens einen Federelement fernen Ende des Schwenkhebels gelagert ist . Durch die Anordnung der beiden Rollen an einem Wipphebel der seinerseits verschwenkbar an dem federbelasteten Schwenkhebel gelagert ist , wird die Anpresskraft des mindestens einen Federelements gleichmäßig auf beide Rollen aufgebracht .
Diese Anordnung der beiden Zahnräder zueinander erlaubt ebenfalls eine Verrastung in halben Schritten, gemessen am Zahnlückenabstand der einzelnen Zahnräder ermöglicht dies die gleiche Anzahl von Rastpositionen des Gelenks wie bei der Verwendung eines Zahnrads mit doppelt soviel Zähnen .
Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung der beiden Zahnräder zueinander ist in j eder Raststellung eine Rolle in einer Zahnlücke des einen Zahnrads angeordnet ist , während die andere Rolle auf einem Zahnkopf des anderen Zahnrads angeordnet ist .
Um in den Raststellungen der Gelenkarretierung ein die exakte Positionierung des Haltearms beeinträchtigendes Spiel zwischen der in einer Zahnlücke angeordneten Rolle und der j eweiligen Zahnlücke zu vermeiden, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass j ede Rolle bei der Anordnung in einer Zahnlücke nur punktuell an den beidseitigen Zahnflanken der j eweiligen Zahnlücke anliegt . Die nur punktuelle Anlage der Rollen an den Zahnflanken garantiert eine exakte und spielfreie Positionierung der j eweiligen Rolle in der zugehörigen Zahnlücke .
Die Anlagebereiche der Zahnflanken, an denen eine Rolle punktuell an der Zahnflanken anliegt , ist erfindungsgemäß als Gerade ausgebildet , um für eine sichere Verrastung des Gelenks eine definierte Krafteinleitung der Anpresskraft der Rolle in die tangential an der Rolle anliegenden Zahnflanken zu gewährleisten . Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der Zahngrund einer j eden Zahnlücke zwischen zwei nebeneinander angeordneten Zähnen tei lkreis förmig so ausgebildet ist , dass der Radius eines j eden Zahngrunds des mindestens einen Zahnrads kleiner ist als der Radius einer j eden Rolle . Durch die Ausbildung der zwei unterschiedlichen Radien ist es fertigungstechnisch einfach, die nur punktuelle Anlage der Rollen an den Zahnflanken zu erzielen .
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnungen, in denen zwei Aus führungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Gelenkarretierung für Haltearme medi zinischer Operationseinrichtungen nur beispielhaft dargestellt sind, ohne die Erfindung auf diese Aus führungsbeispiele zu beschränken . In den Zeichnungen zeigt :
Fig . 1 eine schematische Vorderansicht einer ersten Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Gelenkarretierung für Haltearme ;
Fig . 2 eine schematische Vorderansicht einer zweiten Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Gelenkarretierung für Haltearme und
Fig . 3 eine vergrößerte schematische Darstellung des Details I I I gemäß Fig . 1 .
Die Abbildung Fig . 1 zeigt eine Gelenkarretierung 1 für Haltearme medi zinischer Operationseinrichtungen, wie beispielsweise Operationsroboter oder auch Haltestative .
Der um eine Schwenkachse 2 verschwenkbare Haltearm ist in den Abbildungen nicht dargestellt , da der Aufbau und die konstruktive Ausgestaltung der Gelenkarretierung 1 unabhängig ist von der Ausgestaltung des Haltearms . Um die Haltearme in der j eweilig erforderlichen Position der Verschwenkung im Raum positionieren zu können, sind die Gelenke der Haltearme mit wenigstens einer Gelenkarretierungen 1 ausgestattet , über die der j eweilige Haltearme in der aktuell erforderlichen Position fixierbar ist .
Die in Fig . 1 dargestellte Gelenkarretierung 1 besteht im wesentlichen aus einem auf der Schwenkachse 2 eines Gelenks angeordneten Zahnrad 3 und zwei mit dem Zahnrad 3 in direkter Wirkverbindung stehenden federbelasteten Rollen 4 und 5 . Hierzu sind die beiden Rollen 4 , 5 kippbeweglich am Ende eines über mindestens ein Federelement 6 federbelasteten Schwenkhebels 7 gelagert .
Der Schwenkhebel 7 seinerseits ist um eine Schwenkachse 8 verschwenkbar an einem Gelenkgehäuse 9 gelagert . Das mindestens eine Federelement 6 ist einerseits am Schwenkhebel 7 und andererseits an einem Wiederlager 10 am Gelenkgehäuse 9 gelagert .
Wie weiterhin aus Fig . 1 ersichtlich, sind die beiden Rollen 4 und 5 endseitig an einem zweiarmigen Wipphebel 11 angeordnet sind, wobei der Wipphebel 11 verschwenkbar am vom mindestens einen Federelement 6 fernen Ende des Schwenkhebels 7 gelagert ist . Bei dieser Anordnung der Rollen 4 und 5 am Wipphebel 11 ist die Kippebene KE- 1 in der die beiden Rol len 4 und 5 relativ zu dem Zahnrad 3 verkippbar sind, parallel zu dem Zahnrad 3 angeordnet .
Die beiden Rollen 4 und 5 sind relativ zum Zahnrad 3 so am Wipphebel 11 angeordnet , dass in j eder Raststellung eine Rolle 4 oder 5 in einer Zahnlücke 12 zwischen zwei benachbarten Zähnen 13 des Zahnrads 3 angeordnet ist , während die andere Rolle 5 oder 4 auf einem Zahnkopf 14 eines Zahns 13 desselben Zahnrads 3 angeordnet ist . Die in Fig . 1 dargestellte Gelenkarretierung 1 arbeitet wie folgt :
Beim Verschwenken des Haltearms der medi zinischen Operationseinrichtung um die Schwenkachse 2 wird zwangsläufig auch das auf der Schwenkachse 2 angeordnete Zahnrad 3 im selben Maß wie der Haltearm um die Schwenkachse 2 verdreht .
In der in Fig . 1 dargestellten Rastposition drückt der Schwenkhebel 7 mit der Federkraft des Federelements 6 die beiden kippbeweglich am Wipphebel 11 gelagerten Rollen 4 und 5 so nach unten in Richtung des Zahnrads 3 , dass die Rolle 4 Aufnahme in einer Zahnlücke 12 zwischen zwei benachbarten Zähnen 13 des Zahnrads 3 angeordnet ist , während die andere Rolle 5 auf einem Zahnkopf 14 eines Zahns 13 des selben Zahnrads 3 angeordnet ist .
Wird das Zahnrads 3 j etzt über den Haltearm im Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 15 gedreht , bewirkt dies , dass die in der Zahnlücke 12 angeordnete Rolle 4 die Zahnflanke 16 des angrenzenden Zahns 13 hinauf bis zum Zahnkopf 14 rollt , während die auf dem Zahnkopf 14 angeordnete Rolle 5 die nächstliegende Zahnflanke 16 hinab in die Zahnlücke 12 rollt .
Durch diese Anordnung der beiden Rollen 4 und 5 zueinander sowie relativ zu den Zahnlücken 12 und Zahnköpfen 14 des Zahnrads 3 ist es möglich, dass bei j eder Verdrehung des Zahnrads 3 um nur einen halben Zahnlückenabstand eine Rolle 4 oder 5 , nämlich die zuvor auf dem Zahnkopf 14 angeordnete , rastend in eine Zahnlücke 12 eingrei ft , während die zuvor in der Zahnlücke 12 angeordnete Rol le 4 oder 5 j et zt auf dem nächstgelegenen Zahnkopf 14 angeordnet ist . Diese Verstellung des Zahnrads 3 in halben Schritten, gemessen am Zahnlückenabstand des Zahnrads 3 ermöglicht die gleiche Anzahl von Rastpositionen des Gelenks wie bei der Verwendung eines Zahnrads mit doppelt so viel Zähnen, aber nur einer Rolle zum Verras- ten in einer Zahnlücke 12 . Erst die Lagerung der Rollen 4 und 5 am gegenüber dem Schwenkhebel 7 verkippbaren Wipphebel 11 ermöglicht dieses Verrasten der Rollen 4 und 5 in den halben Zahnlückenabständen .
Der federbelastete Schwenkhebel 7 sorgt dafür, dass die Rollen 4 und 5 immer in direkter Wirkverbindung mit dem Zahnrad 3 stehen und die j eweilige in einer Zahnlücke 12 angeordnete Rolle 4 oder 5 das Zahnrad 3 und somit den Haltearm in der j eweiligen Position fixiert .
Die in Fig . 2 dargestellte zweite Aus führungs form der Gelenkarretierung 1 unterscheidet sich von der in Fig . 1 dargestellten und zuvor beschriebenen Gelenkarretierung 1 dadurch, dass nunmehr zwei identisch ausgebildete Zahnräder 3 und 17 parallel zueinander auf der Schwenkachse 2 des Gelenks angeordnet sind .
Wie aus Fig . 2 ersichtlich, sind die beiden Zahnräder 3 und 17 so zueinander angeordnet , das s j eder Zahn 13 des einen Zahnrads 3 oder 17 mittig zu einer Zahnlücke 12 des anderen Zahnrads 17 oder 3 angeordnet ist .
Die beiden Rollen 4 und 5 sind bei dieser Ausgestaltungsform der Gelenkarretierung 1 kippbeweglich so am Ende des über mindestens ein Federelement 6 federbelasteten Schwenkhebels 7 gelagert , dass j ede der beiden Rollen 4 und 5 j eweils mit einem separaten Zahnrad 3 , 17 in direkter Wirkverbindung steht .
Der federbelastete Schwenkhebel 7 seinerseits ist um eine Schwenkachse 8 verschwenkbar am Gelenkgehäuse 9 gelagert , wobei das mindestens eine Federelement 6 einerseits am Schwenkhebel 7 und andererseits an einem Wiederlager 10 am Gelenkgehäuse 9 gelagert ist . Wie weiterhin aus Fig . 2 ersichtlich, sind die beiden Rollen
4 und 5 endseitig an einem zweiarmigen Wipphebel 11 angeordnet sind, wobei der Wipphebel 11 verschwenkbar am vom mindestens einen Federelement 6 fernen Ende des Schwenkhebels 7 gelagert ist .
Bei dieser Anordnung der Rollen 4 und 5 am Wipphebel 11 sind die beiden Rollen 4 und 5 in zwei parallelen Kippebenen KE-2 relativ zu den beiden Zahnrädern 3 und 17 verkippbar, wobei die beiden Kippebenen KE-2 parallel zu den beiden Zahnrädern 3 und 17 angeordnet sind .
Die beiden Rollen 4 und 5 sind relativ zu den Zahnrädern 3 und 17 so am Wipphebel 11 angeordnet , dass in j eder Raststellung eine Rolle 4 oder 5 in einer Zahnlücke 12 zwischen zwei benachbarten Zähnen 13 des einen Zahnrads 3 oder 17 angeordnet ist , während die andere Rolle 5 oder 4 auf einem Zahnkopf 14 eines Zahns 13 des anderen Zahnrads 17 oder 3 angeordnet ist .
Die in Fig . 2 dargestellte Gelenkarretierung 1 arbeitet wie folgt :
Beim Verschwenken des Haltearms der medi zinischen Operationseinrichtung um die Schwenkachse 2 werden zwangsläufig auch die beiden auf der Schwenkachse 2 angeordneten Zahnräder 3 und 17 im selben Maß wie der Haltearm um die Schwenkachse 2 verdreht .
In der in Fig . 2 dargestellten Rastposition drückt der Schwenkhebel 7 mit der Federkraft des Federelements 6 die beiden kippbeweglich am Wipphebel 11 gelagerten Rollen 4 und
5 so nach unten in Richtung der beiden Zahnräder 3 und 17 , dass die Rolle 4 Aufnahme in einer Zahnlücke 12 zwischen zwei benachbarten Zähnen 13 des Zahnrads 3 angeordnet ist , während die andere Rolle 5 auf einem Zahnkopf 14 eines Zahns 13 des anderen Zahnrads 17 angeordnet ist .
Werden die beiden Zahnräder 3 und 17 j etzt über den Haltearm im Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 15 gedreht , bewirkt dies , dass die in der Zahnlücke 12 des Zahnrads 3 angeordnete Rolle 4 die Zahnflanke 16 des angrenzenden Zahns 13 hinauf bis zum Zahnkopf 14 rollt , während die auf dem Zahnkopf 14 des Zahnrads 17 angeordnete Rolle 5 die nächstliegende Zahnflanke 16 hinab in die Zahnlücke 12 rollt .
Durch diese Anordnung der beiden Rollen 4 und 5 zueinander sowie relativ zu den Zahnlücken 12 und Zahnköpfen 14 der beiden Zahnräder 3 und 17 ist es möglich, dass bei j eder Verdrehung der Zahnräder 3 und 17 um nur einen halben Zahnlückenabstand eine Rolle 4 oder 5 , nämlich die zuvor auf dem Zahnkopf 14 des einen Zahnrads 3 oder 17 angeordnete , rastend in eine Zahnlücke 12 eingrei ft , während die zuvor in der Zahnlücke 12 des Zahnrads 17 oder 3 angeordnete Rolle 4 oder 5 j etzt auf dem nächstgelegenen Zahnkopf 14 angeordnet ist .
Diese Verstellung des Zahnrads 3 in halben Schritten, gemessen am Zahnlückenabstand des Zahnrads 3 ermöglicht die gleiche Anzahl von Rastpositionen des Gelenks wie bei der Verwendung eines Zahnrads mit doppelt so viel Zähnen, aber nur einer Rolle zum Verrasten in einer Zahnlücke 12 . Erst die Lagerung der Rollen 4 und 5 am gegenüber dem Schwenkhebel 7 verkippbaren Wipphebel 11 ermöglicht dieses Verrasten der Rollen 4 und 5 in den halben Zahnlückenabständen .
Der federbelastete Schwenkhebel 7 sorgt dafür, dass die Rollen 4 und 5 immer in direkter Wirkverbindung mit den beiden Zahnrädern 3 und 17 stehen und die j eweilige in einer Zahnlücke 12 angeordnete Rolle 4 oder 5 das Zahnrad 3 oder 17 und somit den Haltearm in der j eweiligen Position fixiert . Die beiden in den Abbildungen Fig . 1 und 2 dargestellten Ausführungs formen zur Ausgestaltung einer Gelenkarretierung 1 zeichnen sich dadurch aus , dass aufgrund der verwendeten zwei Rollen 4 und 5 , die eine Verrastung in halben Zahnlückenabständen ermöglichen, die einzelnen Zahnräder 3 und 17 mit relativ breiten Zahnlücken ausgebildet werden können und auch die Rollen 4 und 5 einen entsprechend großen Radius aufweisen können, so dass der Verschleiß an den Rollen 4 und 5 sowie an den Zahnköpfen 14 der Zahnräder 3 und 17 gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Gelenkarretierungen 1 deutlich reduziert ist .
Um in den Raststellungen der Gelenkarretierung 1 ein die exakte Positionierung des Haltearms beeinträchtigendes Spiel zwischen der in einer Zahnlücke 12 angeordneten Rolle 4 oder 5 und der j eweiligen Zahnlücke 12 zu vermeiden, liegt j ede Rolle 4 oder 5 bei der Anordnung in einer Zahnlücke 12 eines Zahnrads 3 oder 17 nur punktuell an den beidseitigen Zahnflanken 16 der j eweiligen Zahnlücke 12 an, wie dies in Fig . 3 dargestellt ist .
Die nur punktuelle Anlage der Rollen 4 oder 5 an den Zahnflanken 16 garantiert eine exakte und spiel freie Positionierung der j eweiligen Rolle 4 oder 5 in der zugehörigen Zahnlücke 12 .
Die Anlagebereiche der Zahnflanken 16 , an denen eine Rolle 4 oder 5 punktuell an den j eweiligen Zahnflanken 16 anliegt , ist vorteilhafterweise als Gerade ausgebildet , um für eine sichere Verrastung des Gelenks eine definierte Krafteinleitung der Anpress kraft der Rolle 4 oder 5 in die tangential an der Rolle 4 oder 5 anliegenden Zahnflanken 16 zu gewährleisten . Wie weiterhin aus Fig . 3 ersichtlich, ist der Zahngrund 18 einer j eden Zahnlücke 12 zwischen zwei nebeneinander angeordneten Zähnen 13 teilkreis förmig so ausgebildet ist , dass der Radius eines j eden Zahngrunds 18 der Zahnräder 3 und 17 kleiner ist als der Radius einer j eden Rolle 4 oder 5 . Durch die Ausbildung der zwei unterschiedlichen Radien ist es fertigungstechnisch einfach, die nur punktuelle Anlage der Rollen 4 oder 5 an den Zahnflanken 16 zu erzielen .
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Gelenkarretierung
2 Schwenkachse
3 Zahnrad
4 Rolle
5 Rolle
6 Federelement
7 Schwenkhebel
8 Schwenkachse
9 Gelenkgehäuse
10 Widerlager
11 Wipphebel
12 Zahnlücke
13 Zahn
14 Zahnkopf
15 Pfeil (Uhrzeigersinn)
16 Zahnflanke
17 Zahnrad
18 Zahngrund
KE-1 Kippebene
KE-2 Kippebene

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gelenkarretierung (1) für Haltearme medizinischer Operationseinrichtungen mit einem auf einer Schwenkachse (2) eines Gelenks angeordneten Zahnrad (3) und einer mit dem Zahnrad (3) in direkter Wirkverbindung stehenden federbelasteten Rolle (4, 5) , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei federbelastete Rollen (4, 5) , die mit mindestens einem Zahnrad (3) so in direkter Wirkverbindung stehen, dass in jeder Rastposition des Gelenks immer mindestens eine Rolle (4 oder 5) rastend in eine Zahnlücke (12) zwischen zwei benachbarten Zähnen (13) mindestens eines Zahnrads (3) eingreift.
2. Gelenkarretierung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollen (4, 5) kippbeweglich am Ende eines über mindestens ein Federelement (6) federbelasteten Schwenkhebels (7) gelagert sind und mit einem einzelnen Zahnrad (3) in direkter Wirkverbindung stehen, wobei die Kippebene (KE-1) in der die beiden Rollen (4, 5) relativ zu dem Zahnrad (3) verkippbar sind, parallel zu dem Zahnrad (3) angeordnet ist.
3. Gelenkarretierung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollen (4, 5) endseitig an einem zweiarmigen Wipphebel (11) angeordnet sind, wobei der Wipphebel (11) verschwenkbar am vom mindestens einen Federelement (6) fernen Ende des Schwenkhebels (7) gelagert ist .
4. Gelenkarretierung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Raststellung eine Rolle (4 oder 5) in einer Zahnlücke (12) des Zahnrads (3) angeordnet ist, während die andere Rolle (5 oder 4) auf einem Zahnkopf (14) desselben Zahnrads (3) angeordnet ist. Gelenkarretierung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollen (4, 5) kippbeweglich am Ende eines über mindestens ein Federelement (6) federbelasteten Schwenkhebels (7) gelagert sind und jede der beiden Rollen (4, 5) jeweils mit einem separaten Zahnrad (3, 17) in direkter Wirkverbindung steht, wobei die beiden Rollen (4, 5) in zwei parallelen Kippebenen (KE-2) relativ zu den beiden Zahnrädern (3, 17) verkippbar sind, die beide parallel zu den beiden Zahnrädern (3, 17) angeordnet sind. Gelenkarretierung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden identisch ausgebildeten Zahnräder (3, 17) parallel zueinander so auf der Schwenkachse (2) des Gelenks angeordnet sind, dass jeder Zahn (13) des einen Zahnrads (3 oder 17) mittig zu einer Zahnlücke (12) des anderen Zahnrads (17 oder 3) angeordnet ist. Gelenkarretierung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollen (4, 5) endseitig an einem zweiarmigen Wipphebel (11) angeordnet sind, wobei der Wipphebel (11) verschwenkbar am vom mindestens einen Federelement (6) fernen Ende des Schwenkhebels (7) gelagert ist. Gelenkarretierung (1) nach Anspruch einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Raststellung eine Rolle (4 oder 5) in einer Zahnlücke (12) des einen Zahnrads (3 oder 17) angeordnet ist, während die andere Rolle (5 oder 4) auf einem Zahnkopf (14) des anderen Zahnrads (17 oder 3) angeordnet ist. Gelenkarretierung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rolle (4, 5) bei der Anordnung in einer Zahnlücke (12) nur punktuell an den beidseitigen Zahnflanken (16) der jeweiligen Zahnlücke
(12) anliegt. Gelenkarretierung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagebereiche der Zahnflanken (16) , an denen eine Rolle (4 oder 5) punktuell an den beidseitigen Zahnflanken (16) der jeweiligen Zahnlücke (12) anliegt, als Gerade ausgebildet ist. Gelenkarretierung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahngrund (18) einer jeden Zahnlücke (12) zwischen zwei nebeneinander angeordneten Zähnen (13) teilkreisförmig so ausgebildet ist, dass der Radius eines jeden Zahngrunds (18) des mindestens einen Zahnrads (3 oder 17) kleiner ist als der Radius einer jeden Rolle (4, 5) .
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