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Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument mit einem Hub-Dreh-Getriebe zur Ansteuerung einer Zugstange in Bezug auf Hub- und Drehbewegungen zur Betätigung eines Werkzeugs des chirurgischen Instruments.
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Aus dem Stand der Technik sind chirurgische Instrumente bekannt, die manuell oder von einem Roboter geführt werden können und die Werkzeuge aufweisen, deren Instrumentenspitze mittels einer Mechanik in axialer Richtung vor- und zurückgeschoben werden können oder gedreht werden können. Um solche Hub- und Drehbewegungen auf eine Welle, die mit dem Werkzeug in Verbindung steht, zu übertragen, werden für den Hub und für die Drehbewegung getrennte Mechaniken verwendet, wobei die jeweiligen Antriebseinheiten der unterschiedlichen Mechaniken axial hintereinander angeordnet sind. Für die Umsetzung des Hubs weisen solche Mechaniken Kugelumlaufspindeln oder Gewindespindeln auf; für die Realisierung einer Drehbewegung werden Drehmomentkugelbuchsen oder auch Keilwellen genutzt.
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Ferner sind grundsätzlich Getriebe- und Antriebsvorrichtungen mit mehreren Antrieben oder unterschiedlichen Übertragungsmechaniken auch von anderen technischen Gebieten bekannt. So offenbart
GB 1 596 790 A eine Antriebsvorrichtung zum Betätigen eines Fluidsteuerventils mit einem Zahnrad, das mit einer motorbetriebenen Schnecke kämmt. Eine zweite parallel ausgerichtete und mit einem zweiten Motor verbundene Schnecke kämmt ebenfalls mit dem Zahnrad, wird aber nur bei einer Fehlfunktion des ersten Motors in Betrieb gesetzt.
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Ein Drehtransportmechanismus für einen Kameraobjektivtubus aus
DE 42 32 857 A1 betrifft eine Getriebeanordnung zum Drehen und Transportieren eines von zwei ringförmigen Elementen, die miteinander über ein mehrgängiges Gewinde in Eingriff stehen. Dazu weist ein Innenring ein Außengewinde und Zahnungen am Außenumfang mit zwischen den Zahnungen befindlichen Außengewindegängen auf. Ein Außenring hat ein Innengewinde, das mit dem Außengewinde des Innenrings in Eingriff steht. Ein Ritzel greift in die Zahnungen ein, um den Innenring relativ zum Außenring zu drehen.
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DE 10 2019 104 193 A1 offenbart ein Getriebe mit einem Antriebselement, das einen Eingriffsbereich mit zwei sich überlagernden Verzahnungen für zwei Abtriebselemente, ein Zahnrad und eine Gewindemutter, aufweist, wobei das Zahnrad in eine erste Verzahnung und die Gewindemutter in eine zweite Verzahnung eingreift, sodass eine Rotationsbewegung des Antriebselements in eine Rotationsbewegung des Zahnrads und in eine translatorische Bewegung der Gewindemutter umgesetzt werden können.
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Es sind somit aufwändige Bewegungsumwandlungen und Getriebestufen mit großem Bauraum notwendig. Bei chirurgischen Instrumenten ist es allerdings erforderlich, die beiden Mechaniken platzsparend zu kombinieren, so dass Hub und Drehung gleichzeitig erzeugt werden können, ohne dass die Betätigung einer Zugstange zu viel Reibung auf die Bauteile bringt, die die Rotation erzeugen.
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Aus
EP 3 244 330 A1 ist ein chirurgisches Instrument mit einer Kabelantriebsbaugruppe bekannt, die auf einer gemeinsamen Achse zwei Getriebeanordnungen aufweist. Jede Getriebeanordnung umfasst ein Zahnrad, das mit einer Winde verbunden ist, die sich zusammen mit dem Zahnrad dreht, das von einem Schneckenrad angetrieben wird, um zur Betätigung einer Funktion des Endeffektors ein um die Winde gewickeltes Kabel ab- oder aufzuwickeln.
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DE 101 47 145 A1 betrifft ein Multifunktionsinstrument mit einem mehrlumigen Rohr, in dem drei chirurgische Instrumente längsbewegbar zum alternativen Einsatz gelagert sind, die über einen Bedienungshandgriff betätigt werden können. Jedes der chirurgischen Instrumente kann einen Schaft und ein am distalen Ende des Schaftes angeordnetes Werkzeug aufweisen, wobei sich eine Zugstange zur Betätigung des Werkzeuges axial verschiebbar von der Betätigungseinheit durch den Schaft erstreckt. Zur Ansteuerung der Zugstange in Bezug auf eine Hubbewegung kann die Betätigungseinheit einen Elektromotor mit Motorritzel aufweisen, das mit einer Zahnstange kämmt, die mit dem proximalen Ende der Zugstange gekoppelt ist. Weitere Getriebeelemente und Antriebe dienen der Auswahl eines der chirurgischen Instrumente, das dann mittels einer Zahnung am proximalen Schaftende in eine Arbeitsstellung axial vorgeschoben wird, in der das Werkzeug am distalen Ende aus dem mehrlumigen Rohr herausragt. In dieser vorgeschobenen Arbeitsstellung kann der Schaft mittels einer weiteren Verzahnung am proximalen Schaftende gedreht werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Instrument bereitzustellen, das konstruktiv einfach und kompakt aufgebaut ist und dessen Zugstange in Bezug auf Hub-, Dreh- und kombinierte Hub-Drehbewegungen eines Werkzeugs konstruktiv einfach und mittels einer platzsparenden Mechanik angesteuert und bewegt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein chirurgisches Instrument mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weiterbildungen bzw. bevorzugte Ausführungsformen des chirurgischen Instruments sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments, das einen Schaft mit einer Hauptachse, eine am proximalen Ende des Schaftes angeordnete Betätigungseinheit und ein am distalen Ende des Schaftes angeordnetes Werkzeug aufweist, bezieht sich darauf, dass sich eine Zugstange zur Betätigung des Werkzeuges axial verschiebbar von der Betätigungseinheit in der Hauptachse durch den Schaft erstreckt. Die Betätigungseinheit weist erfindungsgemäß ein Hub-Dreh-Getriebe mit zwei Antrieben zur Ansteuerung der Zugstange in Bezug auf Hub- und Drehbewegungen zur Betätigung des Werkzeugs auf. Das Hub-Dreh-Getriebe weist eine Abtriebswelle mit einer zentralaxialen Durchgangsöffnung auf, durch die sich eine Zugstange erstreckt, die mit der Abtriebswelle fest verbunden ist. Ferner hat das Hub-Dreh-Getriebe eine Halterung, die die Abtriebswelle mit der Zugstange hält, und weist zwei Antriebe mit einem ersten Motor und einem zweiten Motor auf.
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Erfindungsgemäß weist die Abtriebswelle eine Zahnung mit einer ersten Schrägverzahnung und mit einer zweiten Schrägverzahnung in einer zur ersten Schrägverzahnung entgegengesetzten Richtung auf, wobei der erste Motor eine erste Schneckenwelle direkt antreibt, die mit der ersten Schrägverzahnung der Zahnung kämmt. Der zweite Motor treibt eine zweite Schneckenwelle direkt an, die die gegenläufig zu der ersten Schneckenwelle mit der zweiten Schrägverzahnung der Zahnung kämmt.
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„Hub“ meint in Bezug auf Hub-Dreh-Getriebe hierbei jede Bewegung in axialer Richtung, die ein Vor- oder ein Zurückschieben der Zugstange in distaler oder proximaler Richtung entlang einer Hauptachse der Zugstange umfasst. Mit „Drehung“ ist in Bezug auf Hub-Dreh-Getriebe die Rotation von Zugstange und Abtriebswelle um diese Hauptachse der Zugstange gemeint.
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Dadurch, dass die Zugstange mit der Abtriebswelle verbunden ist, wird bewirkt, dass die Zugstange sich wie die Abtriebswelle bewegt: Wird die Abtriebswelle in Rotation versetzt, dreht sich auch die Zugstange, und wird die Abtriebswelle entlang der Hauptachse vor- bzw. zurückbewegt, folgt auch die Zugstange dieser Bewegung. Das Hub-Dreh-Getriebe benötigt somit zur Bewegungsübertragung ausgehend von den Antrieben nur zwei Schneckenwellen und ein zentrales Bauteil, wodurch ein kompaktes und platzsparendes Getriebe ermöglicht wird, das beide Bewegungsmodi (Hub und Drehung) ausführen kann. Die Bewegungsübertragung erfolgt direkt und linear. Die Abmessungen der Abtriebswelle und der zugehörigen Bauteile richten sich dabei danach, wie groß der Hub sein soll, der mit dem Hub-Dreh-Getriebe erreicht werden soll. Die vorgeschlagene Konstruktion ermöglicht einen Hub von wenigen Millimetern bis hin zu wenigen Zentimetern und ebenso eine endlose Rotation der Zugstange.
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Durch das Hub-Dreh-Getriebe kann das erfindungsgemäße chirurgische Instrument konstruktiv einfach und platzsparend aufgebaut werden, so dass eine einfache Verbindung zu einem Roboter-Arm ermöglicht werden kann, bei der die Bewegung der Antriebe linear auf die Zugstange übertragen wird. Folge ist eine exakt steuerbare Verwendung des chirurgischen Instruments.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments kann die Zahnung eine Kreuzverzahnung sein, bei der sich die erste Schrägverzahnung und die zweite Schrägverzahnung einander durchdringen, deren Steigungen an die jeweilig verwendeten Schneckenwellen angepasst sind. Die Zahnflanken der beiden Schrägverzahnungen sind daher unterbrochen und werden durch eine Zahnreihe gebildet. Der Verzahnungswinkel liegt in einem Winkelbereich von 70° bis 100°, bevorzugt bei 90°, wobei der Verzahnungswinkel den Winkel beschreibt, in dem die Schrägverzahnungen der Kreuzverzahnung zueinander gekreuzt sind. Die Kreuzverzahnung insgesamt ist derart ausgerichtet, dass sie in einem Winkelbereich von 30° bis 50°, bevorzugt bei in etwa 45° zu der Hauptachse ausgerichtet ist. Hiermit wird eine gute Kraftübertragung von Schneckenwelle auf Abtriebswelle erreicht.
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Alternativ zur Kreuzverzahnung können die beiden Schrägverzahnungen mit durchgehenden Zahnflanken räumlich voneinander getrennt an der Abtriebswelle vorliegen. Vorzugsweise kann die Zahnung eine Pfeilverzahnung sein, bei der die erste Schrägverzahnung und die zweite Schrägverzahnung unmittelbar axial benachbart an der Abtriebswelle ausgebildet sind. Denkbar ist aber auch, dass die beiden Schrägverzahnungen axial voneinander beabstandet und/oder auf unterschiedlichen Durchmessern der Abtriebswelle ausgebildet sein können. Ferner ist eine Variante denkbar, bei der eine Schrägverzahnung als Außenverzahnung und die zweite Verzahnung als Innenverzahnung ausgebildet sein kann, wofür die Abtriebswelle einseitig einen Hohlwellenabschnitt aufweisen kann. Bei derartigen Verzahnungen setzt die Kraftübertragung nicht instantan auf der gesamten Zahnbreite ein, sondern verläuft eher punktförmig. Ferner fällt bei Eingriffsende die Kraftübertragung nicht abrupt ab, sondern die Zahnung gleitet allmählich aus dem Eingriff aus, so dass ein geräuscharmes Getriebe vorliegt.
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Die Ausgestaltung der Abtriebswelle in Bezug auf die Verzahnungen ist mit der Form und Anordnung der eingesetzten Schneckenwellen abgestimmt. Entsprechend können die Schrägverzahnungen mit unterschiedlicher Steigung und Richtung ausgebildet sein.
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Das Material der Abtriebswelle in der Ausführungsform mit Kreuzverzahnung ist bevorzugt ein Material, das weicher ist als das der Schneckenräder, damit die unterbrochenen Zahnflanken der Kreuzverzahnung die Schneckenräder nicht verschleißen und um eine gute Kraftübertragung zu erreichen. Beispielhafte, nicht ausschließliche Materialkombinationen „weich“- hart“ sind Kunststoff-Messing, Kunststoff-Stahl oder Messing-Stahl.
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Die Schneckenwellen dienen als Antriebswellen für die Abtriebswelle und bezeichnen hierin jede Art von Welle oder auch Zahnrad, die eine gedrehte, schraubenförmig ansteigende Zahnung einer vorbestimmten Steigung aufweisen. Die Zahnungssteigung kann in einem Bereich von 0° bis 90° liegen, wobei die Steigung bevorzugt in einem Bereich von 30° bis 60°, besonders bevorzugt bei 45° liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments weisen beide Schneckenwellen die gleiche Steigung auf und sind gegenläufig zueinander gedreht, so dass sie in gleicher Weise die Abtriebswelle kämmen können. Die gegenläufige Steigung zweier Schneckenwellen zueinander ist bevorzugt um 90° zueinander ausgerichtet, womit eine optimale Kraftübertragung erreicht werden kann.
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Alternativ können die Schneckenwellen auch unterschiedliche Steigungen aufweisen: Es kann die erste Schneckenwelle für den Hub und die zweite Schneckenwelle für die Rotation genutzt werden. Hierbei geht die Steigung der ersten Schneckenwelle gegen 0°, wodurch eine eingedrehte Schneckenwelle mit sehr flacher Steigung entsteht. Die Steigung der zweiten Schneckenwelle geht in dem Fall gegen 90°, so dass diese Schneckenwelle quasi zu einem Stirnrad mit einer Geradverzahnung aufgedreht wird, in diesem Zusammenhang aber dennoch als Schneckenwelle bezeichnet wird.
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Um die Abtriebswelle entlang der Hauptachse und damit auch die Zugstange zu verschieben, ist vorgesehen, dass sich beide Schneckenwellen mit gleicher Geschwindigkeit gegenläufig drehen. Um eine Rotation der Zugstange zu erreichen, müssen sich beide Schneckenwellen gleichläufig drehen. Für kombinierte Dreh-Hub-Bewegungen sind beide Schneckenwellen entsprechend relativ zueinander zu drehen. Kombinierte Bewegungen entstehen, sobald die Beträge der Rotationsgeschwindigkeiten der Schneckenwellen nicht identisch sind. Eine isolierte Hub- oder Drehbewegung tritt auf, wenn beide Schneckenwellen mit gleicher Steigung exakt gleich schnell drehen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments weist der erste Abschnitt der Abtriebswelle um die Durchgangsöffnung eine erweiterte Ausnehmung mit einem von einer Kreisform abweichenden Querschnitt auf. Diese Ausnehmung ist dazu ausgebildet, einen Endabschnitt einer Schaftwelle, der eine korrespondierende Geometrie zu der Ausnehmung mit dem von einer Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, unter Ausbildung eines Gleitsitzes zu lagern. Die Abtriebswelle kann sich so entlang dieses entstandenen Gleitsitzes in axialer Richtung entlang der Hautachse um eine bestimmte Wegstrecke bewegen. Die Länge der Wegstrecke wird durch die axiale Länge der Ausnehmung sowie des korrespondierenden Endes der Schaftwelle bestimmt, wobei die axiale Länge der Ausnehmung bevorzugt der Abmessungen des Abschnitts, der eine Zahnung trägt und die Hubstrecke bestimmt, entspricht. Die in der Durchtrittsöffnung der Abtriebswelle befestigte Zugstange erstreckt sich durch diese Ausnehmung und ist axial verschiebbar in der hohlen Schaftwelle geführt. Die Geometrie der Ausnehmung kann polygonal, beispielsweise kreuzförmig bzw. als vierzackiger Stern ausgeführt sein, aber auch eine andere Form aufweisen, so kann eine Dreikant-, Vierkant-, Fünfkant-, Sechskant- oder eine Keilwellenform ausgebildet sein. Möglich sind allerdings auch Formen wie ein Trapez, Zweiflach oder auch Oval, die zur Rotationsübertragung durch Formschluss geeignet sind. Der Vorteil eines Gleitsitzes mit zueinander korrespondierenden kreuzförmigen oder keilförmigen Geometrien ist, dass die Kraftübertragung über die fast radial verlaufenden Flanken erfolgt und so wenig Reibung entsteht, die einer Verschiebung der Abtriebswelle auf der Schaftwelle entgegensteht. Alternativ kann eine Drehmomentkugelbuchse vorgesehen sein.
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Nach noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments wird die feste Verbindung der Zugstange mit der Abtriebswelle durch eine stoff-, form- oder kraftschlüssige Verbindung oder sinnvolle Kombinationen daraus bereitgestellt. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise vorteilhaft einfach eine Klebverbindung sein, bei der die Zugstange mittels Klebstoff in der Durchgangsöffnung mit der Abtriebswelle verbunden wird. Eine weitere stoffschlüssige Verbindung kann durch Schweißen hergestellt werden. Und grundsätzlich kann die Abtriebswelle auch einstückig mit der Zugstange hergestellt werden, worunter vorliegend auch eine stoffschlüssige Verbindung verstanden wird. Eine formschlüssige Verbindung kann durch Verstiften erfolgen, indem ein Stift durch eine Bohrung, die sich radial durch die Abtriebswelle bis zur zentralaxialen Durchgangsöffnung erstreckt, und in eine mit der radialen Bohrung fluchtende Bohrung in der Zugstange gesteckt wird. Ein zusätzlicher Kraftschluss entsteht dabei, wenn ein Passstift mit Übermaß oder ein elastischer Spannstift eingepresst wird.
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Eine bevorzugte kraftschlüssige Verbindung wird durch eine Klemmvorrichtung bereitgestellt, die eine sich radial durch die Abtriebswelle bis zu der zentralaxialen Durchgangsöffnung erstreckende Bohrung und einen in die Bohrung eingedrehten Gewindestift (Madenschraube) aufweist, der direkt auf die Zugstange oder bevorzugt über eine in der Bohrung angeordnete Feder auf die Zugstange in der Durchgangsöffnung einwirkt. Für diese Bohrung kann die Abtriebswelle auf der von der erweiterten Ausnehmung abgewandten Seite einen ungezahnten Abschnitt aufweisen. Die durch die Klemmvorrichtung bereitgestellte Verbindung kann bei Reparaturbedarf der Zugstange oder der Abtriebswelle einfach gelöst werden. Es können auch weitere Befestigungsmöglichkeiten verwendet werden, die geeignet sind, eine lösbare oder unlösbare Verbindung zwischen Zugstange und Abtriebswelle bereitzustellen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments sieht vor, dass die Halterung, die die Abtriebswelle mit der Zugstange hält, eine Lagerplatte mit einer Durchgangsöffnung als Zugstangenlager aufweist. Darin wird die Zugstange auf einer Seite der Abtriebswelle gelagert, die von der Seite mit der erweiterten Ausnehmung, in der die hohle Schaftwelle abgewandt ist. Ferner weist die Halterung zur axialen Fixierung und radialen Lagerung der hohlen Schaftwelle eine erste, von der Abtriebswelle beabstandete Schaftwellenlagerplatte, in der ein von dem profilierten Endabschnitt der Schaftwelle abgewandter Abschnitt gelagert ist, sowie eine zweite, der Abtriebswelle nahe Schaftwellenlagerplatte auf, in der ein dem profilierten Endabschnitt der Schaftwelle naher Abschnitt gelagert ist. Die Schaftwelle ist dabei so gelagert, dass sie sich nur um ihre Hauptachse drehen kann, ansonsten aber festgelegt ist, während die Abtriebswelle im Gehäuse bzw. der Halterung dreh- und verschiebbar gelagert ist. Vorteilhaft können dabei sowohl für die Drehung als auch die Verschiebung ein- oder beidseitige Anschläge vorgesehen sein.
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Die Halterung kann dabei eine Grundplatte aufweisen, an der die Lagerplatte sowie die beiden Schaftwellenlagerplatten angeordnet sein können, wobei sich die Lagerplatten beispielsweise vertikal von der Grundplatte wegerstrecken können. Die Grundplatte stellt die komplette Halterung und Lagerung für Abtriebswelle, Zugstange und Schaftwelle platzsparend und kompakt bereit.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments sieht vor, dass eine Antriebsachse des ersten Motors parallel zu einer Antriebsachse des zweiten Motors vorliegt. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments können die zwei Antriebsachsen parallel zueinander verlaufen, wobei die Antriebsachsen senkrecht zu der Längsachse der Zugstange verlaufen. Eine dazu alternative sogenannte achsparallele Anordnung der Motoren, d. h. parallel zu der Längsachse der Zugstange, ermöglicht eine kompakte und damit platzsparende Anordnung der Komponenten des Getriebes. Ferner kann der erste Motor und die erste Schneckenwelle an der Abtriebswelle gegenüber, d. h. diametral zu dem zweiten Motor und der zweiten Schneckenwelle angeordnet sein, wobei die Abtriebswelle zwischen den Schneckenwellen angeordnet ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments, insbesondere mit einer Abtriebswelle mit Pfeilverzahnung, können der erste Motor und die erste Schneckenwelle mit dem zweiten Motor und der zweiten Schneckenwelle nebeneinander an der Abtriebswelle angeordnet sein. Grundsätzlich aber kann jeder der Motoren über seine jeweilige Schneckenwelle als Antriebswelle in beliebiger Position am Umfang der zentralen Abtriebswelle angeordnet werden. Dabei ist die Anordnung der beiden Schneckenwellen sowohl parallel als auch senkrecht zur Hauptachse der Abtriebswelle möglich. Eine beliebige Anordnung der Antriebe um die Drehachse der Abtriebswelle, die auch der Hauptachse des Hub-Dreh-Getriebes entspricht, im Zusammenspiel mit einer geeigneten Verzahnung der Abtriebswelle erlaubt eine Vielzahl unterschiedlicher Anordnungen.
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Ferner kann eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments vorsehen, dass die Halterung Lagerabschnitte für jede Schneckenwelle zur beidseitigen Lagerung jeder Schneckenwelle aufweist. Dabei sind die Lagerabschnitte zur beidseitigen Lagerung jeder Schneckenwelle so in Bezug auf die zur Lagerung der Zugstange vorgesehene Lagerplatte und in Bezug auf die zweite, der Abtriebswelle nahen Schaftwellenlagerplatte positioniert, um den kämmenden Eingriff der Schneckenwellen mit der Zahnung der Abtriebswelle bereitzustellen. Dazu können die beiden für eine Schneckenwelle vorgesehenen Lagerabschnitte beispielsweise als umgreifender Lagerbügel oder durch Jochabschnitte für die Schneckenwellen vorgesehen sein. Alternativ kann die beidseitige Lagerung auch zweiteilig in einer Lagerplatte und einem Deckelelement umgesetzt werden. Jeder Lagerabschnitt weist eine Durchgangsöffnung als Schneckenwellenlager auf, wobei die Durchgangsöffnungen der einer Schneckenwelle zugeordneten Lagerabschnitte miteinander fluchten. Die Antriebswelle des der jeweiligen Schneckenwelle zugeordneten Motors, kann sich dann durch eine der Durchgangsöffnungen in den Lagerabschnitten zu der Schneckenwelle erstrecken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Halterung zumindest eine Grundplatte aufweisen. An einer Grundplatte können die Lagerabschnitte mit den Schneckenwellen angeordnet sein, oder es kann jeweils ein Lagerabschnitt für eine Schneckenwelle an der Grundplatte angeordnet oder darin integriert sein, während ein zweiter Lagerabschnitt jeder Schneckenwelle in einer weiteren Grundplatte oder einem anderen Gehäusebauteil ausgebildet sein kann. An derselben Grundplatte, die die Lagerabschnitte für die Schneckenwellen aufweist, oder an einer anderen Grundplatte können die Lagerplatte und die beiden Schaftwellenlagerplatten angeordnet sein, mit der die Abtriebswelle mit der Zugstange und die Schaftwelle gelagert sind. Die beiden den Schneckenwellen zugeordneten Motoren können auf einer gleichen Seite der Grundplatte wie die Schneckenwellen oder auf einer von der Seite mit den Schneckenwellen abgewandten Seite der Grundplatte angeordnet sein. In letzterem Fall kann jeweils einer der Lagerabschnitte jeder Schneckenwelle in der Grundplatte integriert vorliegen, sodass der in die Grundplatte integrierte Lagerabschnitt eine Durchgangsöffnung als Schneckenwellenlager für die dem jeweiligen Motor zugeordnete Antriebswelle aufweisen kann.
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Beispielsweise kann eine Grundplatte zwei Lagerbügel für die Schneckenwellen aufweisen, wobei jeder Lagerbügel die ihm zugeordnete Schneckenwelle mit seinem freien Ende übergreift, das eine der Durchgangsöffnungen aufweist, wobei die Grundplatte die entsprechenden zweiten Durchgangsöffnungen aufweist, von denen jeweils eine Durchgangsöffnung mit jeweils einer Durchgangsöffnung eines Lagerbügels fluchtet und sich die Antriebsachsen der unterhalb der Grundplatte befestigten Motoren jeweils durch die entsprechend zugeordneten Durchgangsöffnungen, Schneckenwellen und Durchgangsöffnungen der Lagerbügel erstrecken. Die Lagerbügel sorgen für eine sichere, drehfreie Befestigung und kompakt konstruierte Halterung der Schneckenwellen.
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Die Schaftwelle, die den Schaft des chirurgischen Instruments mit der Abtriebswelle des Hub-Dreh-Getriebes zur Übertragung der Drehbewegung koppelt, ist in einer ersten Schaftlagerplatte und einer zweiten Schaftlagerplatte gelagert. Beide Schaft-Lagerplatten können an einer Grundlagerplatte vorliegen. Die Schaftwelle ist dabei mit zwei angestellten Wälzlagern so in der Grundplatte gelagert, dass sie sich nur um die Hauptachse drehen kann, ansonsten aber festgelegt ist. Distal in der ersten Schaftlagerplatte kann ein Radialrillenkugellager verwendet werden, das vor allem die Radialkräfte durch Querkräfte auf den Schaft aufnehmen kann. Das proximale Lager der zweiten Schaftlagerplatte kann bevorzugt ein Schrägkugellager sein, um den Gegendruck aus dem Schaft direkt in die Grundplatte einzuleiten. Anstatt der vorgenannten Wälzlagertypen können grundsätzlich auch Gleitlager verwendet werden. Vorteilhaft wird die Schaftwelle fest gelagert und kann reibungsarm rotieren.
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Nach noch einer weiteren Ausführungsform des chirurgischen Instruments weist der proximale Endabschnitt der Schaftwelle den von der Kreisform abweichenden Querschnitt auf, dessen Geometrie dazu ausgebildet ist, mit der erweiterten Ausnehmung der Abtriebswelle einen Gleitsitz auszubilden. Die Geometrie des proximalen Endabschnittes der Schaftwelle korrespondiert dabei mit der Geometrie der Ausnehmung der Abtriebswelle wie bereits oben beschrieben. Die Ausbildung des Gleitsitzes hat zum einen eine geführte Bewegung der Abtriebswelle zur Folge, wobei Rotation übertragen wird, während Abtriebswelle und Schaftwelle axial frei zueinander beweglich sind, und zum anderen eine korrekte Lagerung der Schaftwelle, so dass eine Drehung der Abtriebswelle spielarm auf die Schaftwelle übertragen werden kann.
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Das Hub-Dreh-Getriebe kann in dem erfindungsgemäßen chirurgischen Instrument zur endlosen Rotation von Schaftwelle und Schaft bzw. der Instrumentenspitze verwendet werden. Das Getriebe kann auch genutzt werden, um andere Teile des Instruments oder des Werkzeugs in Rotation zu versetzen. Ferner ist mit der initiierbaren Hub-Bewegung der Zugstange die Ansteuerung einer weiteren distalen Funktion, wie einem Maulteil, einer Schere, einem Stapler bzw. einem Klingenvorschub etc. möglich.
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Weitere Ausführungsformen des Hub-Dreh-Getriebes und des chirurgischen Instruments sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht des chirurgischen Instruments mit schematischdargestellter Betätigungseinheit,
- 2 eine perspektivische Detailansicht einer ersten Ausführungsform des Hub-Dreh-Getriebes eines erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments,
- 3 eine Explosionsansicht des Hub-Dreh-Getriebes nach 2,
- 4 eine Seitenschnittansicht durch das Hub-Dreh-Getriebe nach 2 entlang der Hauptachse H,
- 5 eine perspektivische Detailansicht der Abtriebswelle nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
- 6 eine perspektivische Detailansicht der Abtriebswelle nach 5 mit Zugstange und Schneckenwellen nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments,
- 7 eine perspektivische Detailansicht der Abtriebswelle nach 5 mit Zugstange und Schneckenwellen nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments,
- 8 eine perspektivische Detailansicht der Abtriebswelle nach einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform mit Zugstange und Schneckenwellen nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments, und
- 9 eine perspektivische Detailansicht der Abtriebswelle nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform mit Zugstange und Schneckenwellen nach einer weiteren, alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments.
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In 1 ist ein chirurgisches Instrument 10 mit einem hohlen Schaft 20 gezeigt, der eine Instrumentenhauptachse H definiert. Das chirurgische Instrument 10 weist eine am proximalen Ende 30 des Schafts 20 angeordnete, schematisch dargestellte Betätigungseinheit 40 und eine am distalen Ende 50 des Schafts 20 angeordnete Instrumentenspitze 60 auf. An der Instrumentenspitze 60 ist ein Werkzeug 70 angeordnet, das über ein axial verschiebbar in dem Schaft 20 gelagertes Betätigungselement, einer Zugstange 5, betätigt werden kann, das sich entlang der Instrumentenhauptachse H erstreckt und proximalseitig mit der Betätigungseinheit 40 in Wirkverbindung steht. Bei der Betätigungseinheit 40 kann es sich um eine manuell betätigbare Handhabe oder aber um eine für den robotischen Einsatz ausgelegte, also auch ohne manuelles Zutun betätigbare Baueinheit handein.
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Bei dem Werkzeug 70 der Instrumentenspitze 60 kann es sich beispielsweise um ein mit Maulteilen versehenes Werkzeug, wie in 1 dargestellt, oder aber um ein Endoskop, einen Applikator oder dergleichen handeln.
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Die Instrumentenspitze 60 ist über einen Gelenkmechanismus 90 relativ zur Hauptachse H des Schafts 20 verschwenkbar, wobei der Gelenkmechanismus 90 aus am distalen Ende des Schafts 20 angeordneten Schwenkgliedern besteht, die über in Längsrichtung des Schafts 20 verlaufende Lenkdrähte 12 so mit einem am proximalen Ende 30 des Schafts 20 angeordneten Antrieb 13 verbunden sind, dass eine Bewegung des proximalseitigen Antriebs 13 eine entsprechende relative Bewegung der distalseitigen Schwenkglieder 11 und somit ein Verschwenken der Instrumentenspitze 60 verursacht.
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Das axialverschiebbar in dem Schaft 20 gelagerte Betätigungselement 5 zum Betätigen des beispielsweise aus zwei Maulteilen bestehenden Werkzeugs 70 ist in den Figuren als Zug-/Schubstange, bzw. kurz Zugstange 5, ausgebildet. Die Zugstange 5 wird mittels eines motorisierten Hub-Dreh-Getriebes 1 angesteuert.
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Kernstück des Hub-Dreh-Getriebes 1 ist eine kreiszylindrische Abtriebswelle 4, die mit zwei Motoren 2.1 und 3.1 in Wirkverbindung steht, wie in 2 bis 4 gezeigt ist. Das Hub-Dreh-Getriebe 1 ist explizit zur Ansteuerung einer Zugstange 5, die eine Hauptachse H definiert, in Bezug auf Hub- und Drehbewegungen zur Betätigung des Werkzeugs 70 an der Instrumentenspitze 60 vorgesehen. Die Hauptachse H bezeichnet hierin die Instrumentenhauptachse sowie die Längsachse des Getriebes 1 sowie der Zugstange 5 und des darum koaxial geführten Schafts 20, bzw. einer am proximalen Ende 30 des Schafts 20 angeordneten Schaftwelle 21. Die zentrale Abtriebswelle 4 weist zur Halterung der Zugstange 5 eine zentralaxiale Durchgangsöffnung 4.5 auf. Durch diese Durchgangsöffnung 4.5 ist die Zugstange 5 geführt und mit der Abtriebswelle 4 fest verbunden. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Abtriebswelle 4 einstückig mit der Zugstange 5 gefertigt sein kann.
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Die Abtriebswelle 4 kann zur Verbindung mit der Zugstange 5 mittels Form- oder Kraftschluss, wie beispielsweise 5 zeigt, zwei Abschnitte haben: Einen ersten Abschnitt mit einer Zahnung 4.1. Die Zahnung 4.1 ist hier eine Kreuzverzahnung, wobei zwei Schrägverzahnungen 4a, 4b um 90° versetzt zueinander in dem gezahnten Abschnitt 4.1 einander durchdringend eingebracht sind und damit ein kreuzförmiges Muster ergeben. Die Abtriebswelle 4 hat weiterhin einen zweiten Abschnitt 4.4, der eine Bohrung 8 zur Verbindung mit der Zugstange 5 mittels Form- oder Kraftschluss aufweist. An der Stirnseite des gezahnten Abschnitts 4.1 der Abtriebswelle 4 endet eine Durchgangsöffnung 4.5, die sich axial zentral entlang der Hauptachse H, die der Hauptachse B des chirurgischen Instruments 1 entspricht, in einer erweiterten Ausnehmung 4.3 erstreckt, hier mit kreuzförmigem Querschnitt.
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Dieser kreuzförmige Querschnitt ist dazu ausgebildet, siehe etwa 3, einen Endabschnitt 21.1 der Schaftwelle 21, die am proximalen Ende 30 der Schaftwelle 20 koaxial dazu angeordnet und drehfest damit verbunden ist, zu lagern. Der Endabschnitt 21.1 der Schaftwelle 21 weist daher eine zu der kreuzförmigen Ausnehmung 4.3 korrespondierende Geometrie auf. Zwischen den beiden Bauteilen wird ein Gleitsitz ausgebildet, auf dem die Abtriebswelle 4 axial verschiebbar ist. Die Länge dieses Endabschnitts 21.1 bedingt auch den axialen Bewegungsspielraum der Abtriebswelle 4. Der ausgebildete Gleitsitz zwischen Abtriebswelle 4 und Schaftwelle 21 erlaubt durch die fast radialen Flanken eine gute Übertragung des Drehmoments auf die Schaftwelle 21, ohne dabei allzu viel Reibung für deren axiale Verschiebung zueinander zu erzeugen. Es wird eine sehr stabile Lagerung der Abtriebswelle 4 ermöglicht, die alle resultierenden Verzahnungskräfte, die sich aus der Bewegung der Abtriebswelle 4 ergeben, aufnimmt.
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In den gezeigten Beispielen ist die Zugstange 5 mit der Abtriebswelle 4 in dem ungezahnten zweiten Abschnitt 4.4 der Abtriebswelle 4 durch eine Klemmung verbunden, und zwar durch eine in die radial sich durch den zweiten Abschnitt 4.4 bis zu der zentral axialen Durchgangsöffnung 4.5 erstreckende Gewindebohrung 8 eingedrehte Madenschraube 8.1, die über eine Schraubenfeder 8.2 auf die Zugstange 5 einwirkt, wie es 4 zeigt. Alternativ kann ein Gewindestift wie Madenschraube 8.1 auch ohne Anordnung einer Feder direkt die Zugstange 5 kontaktieren und eine Normalkraft ausüben. Als weitere alternative Verbindung ist eine Pass- oder Spannstiftverbindung denkbar.
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Anders als in den 2 bis 8 gezeigt, kann auf einen ungezahnten Abschnitt 4.4 zur Verbindung der Abtriebswelle 4 mit der Zugstange 5 verzichtet werden, wenn eine stoffschlüssige Verbindung durch Kleben, Schweißen oder eine einstückige Fertigung gewählt wird, was aufgrund eines geringeren Bauraumbedarfs und - vor allem beim Kleben - geringeren Fertigungsaufwand vorteilhaft sein kann. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass sich eine radiale Bohrung 8 in der Abtriebswelle 4 zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit der Zugstange 5 im gezahnten Abschnitt 4.1 befinden kann, vorzugsweise in einer „Zahnlücke“, wobei ein Gewinde- oder Zylinderstift ausreichend tief in die Bohrung eingebracht wird, um nicht über den Zahngrund hinauszuragen.
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Die Schaftwelle 21, die Zugstange 5 und Abtriebswelle 4 sind in einer Halterung 7 gelagert, wobei der in 2 bis 4 gezeigte Aufbau zur vereinfachten Darstellung der Lager und Gegenlager dient. Eine erfindungsgemäße Halterung zur Lagerung der Schaftwelle 21, der Zugstange 5 und der Abtriebswelle 4 kann durchaus von der gezeigten Lösung abweichen, um eine höhere Stabilität, bessere Herstellbarkeit und einfachere Montage zu ermöglichen. Dazu gehört beispielsweise, dass die unterschiedlichen Lagerabschnitte anders als dargestellt, an unterschiedlichen Halterungs- bzw. Gehäusekomponenten ausgebildet sein können. In dem in 2 bis 4 dargestellten Beispiel weist die Halterung 7 eine Grundplatte 7.0 auf, an der insgesamt drei Lagerplatten 7.3, 7.5, 7.8 ausgebildet sind. Die Lagerplatten 7.3, 7.5, 7.8 erstrecken sich hier vertikal von der Grundplatte 7 weg und haben jeweils Durchgangsöffnungen 7.4, 7.6, 7.9, durch die die Schaftwelle 20 bzw. die Zugstange 5 geführt sind. Diese Durchgangsöffnungen 7.4, 7.6, 7.9 stellen ferner ein Lager für die Schaftwelle 20 bzw. die Zugstange 5 bereit.
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So ist in der Durchgangsöffnung 7.4 der Lagerplatte 7.3 ein Zugstangenlager für die Zugstange 5 gebildet, das hier als einfaches Gleitlager ausgeführt ist, welches sowohl Rotation als auch axiale Verschiebung zulässt. In distaler Richtung entlang der Hauptachse H folgt dann die Abtriebswelle 4, die fest mit der Zugstange 5 verbunden ist und mit dem proximalen Endabschnitt 21.1 der Schaftwelle 21 den Gleitsitz bildet. Die Schaftwelle 21 ist auf der Grundplatte 7.0 in einer vorderen Schaftlagerplatte 7.5 und einer hinteren Schaftlagerplatte 7.8 gelagert. In den sich darin befindenden Durchgangsöffnungen 7.6 und 7.9 sind vorzugsweise Wälzlager 7.7 und 7.10 aufgenommen. Die Schaftwelle 21 ist mit den Lagern 7.7 und 7.10 derart gelagert, dass sie sich nur um die Hauptachse H drehen kann. Die restlichen Freiheitsgrade sind festgelegt. Das distale Schaftwellen-Wälzlager 7.7 ist ein Radialrillenkugellager, das vor allem die Radialkräfte durch Querkräfte auf die Schaftwelle 21 aufnimmt. Das hintere proximale Schaftwellen-Wälzlager 7.10 kann ein Schrägkugellager sein, das den Gegendruck aus der Schaftwelle direkt in die Grundplatte 7.0 einleiten kann, die als Teil des Gehäuses verstanden werden kann, der mit einem Trägersystem wie einem Roboterarm verbunden sein kann. Hierdurch kann die Zugkraft der Zugstange 5 über die Schaftwelle 21 zurück ins Gehäuse und damit auf das Trägersystem (figurativ nicht dargestellt) geleitet und der entstehende Druck abgeleitet werden. Je größer der Abstand beider Schaftwellen-Lagerplatten 7.5 und 7.8 bzw. der Schaftwellenlager 7.7 und 7.10 zueinander ist, desto besser ist die gesamte Schaftwelle 21 gelagert und stabil gegen Querbelastungen, die von der Bewegung der Abtriebswelle 4 erzeugt werden können. Abweichend zu den dargestellten Beispielen können die Schaftwellenlager 7.7 und 7.10 auch als Gleitlager, oder als gemischte Lagerung ausgeführt sein, wobei ein Schaftwellenlager als Wälzlager und das andere als Gleitlager ausgebildet ist. Das Zugstangenlager 7.4 in der Lagerplatte 7.3, das sowohl einen rotativen als auch axialen Freiheitsgrad haben muss, ist bevorzugt ein Gleitlager, kann aber auch durch ein als Loslager konzipiertes Wälzlager gebildet werden, indem beispielsweise ein Wälzlager ohne axiale Festlegung (Rollenlager) verwendet werden könnte oder ein Wälzlager mit axialer Festlegung (z. B. Rillenkugellager) gegenüber der Zugstange oder der Lagerplatte als Loslager gestaltet werden könnte.
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Um die Abtriebswelle 4 anzutreiben, sind zwei Antriebe vorgesehen. Diese sind in den 2 bis 4 jeweils links und rechts der Hauptachse H angeordnet, wobei ein erster der zwei Antriebe einen ersten Motor 2.1 aufweist, der unter der Grundplatte 7.0 angeordnet ist und eine Antriebsachse C1 definiert. Eine Antriebswelle 2.3 des Motors 2.1 tritt durch eine Durchgangsöffnung 7.1.2 der Grundplatte 7.0 hindurch zur Oberseite der Grundplatte 7.0. Hierauf aufgesetzt ist eine erste Schneckenwelle 2.2. Der Motor 2.1 treibt die erste Schneckenwelle 2.2 direkt an, wobei die erste Schneckenwelle 2.2 mit der ersten Schrägverzahnung 4a der Kreuzverzahnung 4.1 (vgl. 5) an der Abtriebswelle 4 kämmt. Analog hierzu ist auf der anderen Seite der Abtriebswelle 4 ein zweiter Antrieb vorgesehen, wobei der zweite der zwei Antriebe einen zweiten Motor 3.1 aufweist, der ebenso eine Antriebswelle (figurativ nicht dargestellt) aufweist, die durch eine Durchgangsöffnung (figurativ nicht dargestellt) durch die Grundplatte 7.0 hindurchtritt und auf der eine Schneckenwelle 3.2 aufgesetzt ist. Der zweite Motor 3.1 treibt die zweite Schneckenwelle 3.2 über seine Antriebswelle direkt an, wobei die zweite Schneckenwelle 3.2 mit der zweiten Schrägverzahnung 4b der Kreuzverzahnung 4.1 der Abtriebswelle 4 kämmt. In den 2 bis 4 sind die Antriebsachsen C1, C2 der beiden Motoren 2.1 und 3.1 parallel zueinander und senkrecht zu der Hauptachse H.
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Um die Schneckenwellen 2.2, 3.2 sicher zu halten, und damit sie mit der Kreuzverzahnung 4.1 der Abtriebswelle 4 ordnungsgemäß kämmen können, zeigt die vereinfachte Halterung 7 zwei Lagerbügel 7.1, 7.2 für die beiden Schneckenwellen 2.2 und 3.2. Jeder Lagerbügel 7.1, 7.2 übergreift die ihm zugeordnete Schneckenwelle 2.2 und 3.2 mit seinem freien Ende. Dieses freie Ende hat jeweils eine Durchgangsöffnung 7.1.1, 7.2.1 durch die mittels Haltemittel die Schneckenwellen 2.2 und 3.2 rotierbar gehalten werden. Die Grundplatte 7.0 weist Durchgangsöffnungen 7.1.2 auf, von denen jeweils eine Durchgangsöffnung 7.1.2 mit jeweils einer Durchgangsöffnung 7.1.1, 7.2.1 eines Lagerbügels 7.1, 7.2 fluchtet, wobei sich die Antriebsachsen C1, C2 der unterhalb der Grundplatte 7.0 befestigten Motoren 2.1, 3.1 durch die fluchtenden Durchgangsöffnungen der genannten Teilkomponenten erstrecken. Hierdurch wird eine vertikale Lagerung der Schneckenwellen 2.2, 3.2 realisiert und ebenso eine gute Kraftübertragung der Antriebsenergie der Motoren 2.1, 3.1 auf die Abtriebswelle 4. Abweichend von der Gegenlagerung der Schneckenwellen in den freien Enden der dargestellten Lagerbügel 7.1, 7.2, die sich von der Grundplatte 7.0 erstrecken, kann jedes Gegenlager, das entsprechende Durchgangsöffnung 7.1.1, 7.2.1 zur Lagerung der Schneckenwelle aufweist, in einer zweiten Halterungs- bzw. Gehäusekomponente, beispielsweise einem Gehäusedeckel, ausgebildet sein.
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Die Schneckenwellen 2.2 und 3.2 sind gegenläufig zueinander gedreht und durch die beidseitige Lagerung gehalten, um alle Verzahnungskräfte aufzufangen. Zwischen den Schneckenwellen 2.2 und 3.2 ist die Abtriebswelle 4 gelagert, und koaxial auf der Hauptachse H angeordnet sowie fest mit der Zugstange 5 verbunden. Wird also die Abtriebswelle 4 axial vorbewegt, bewegt sich auch die Zugstange axial nach vorne, wird die Abtriebswelle 4 gedreht, so rotiert auch die Zugstange 5. Die Einheit aus Abtriebswelle 4 und Zugstange 5 kann eine axiale und Rotationsbewegung durchführen, ist aber seitlich geführt, sodass nur axiale Bewegung in Richtung der Hauptachse H und Rotation um die Hauptachse H erlaubt sind.
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Die 6 bis 9 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Anordnung zwischen Schneckenwellen 2.2 und 3.2 sowie unterschiedlich geformte Abtriebswellen 4.
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In 6 ist die bevorzugte Form entsprechend den Beispielen in 2 bis 5 dargestellt, wobei die beiden Antriebsachsen C1, C2 parallel zueinander gegenüberliegen (sodass der erste Motor 2.1 und die erste Schneckenwelle 2.2 gegenüber von dem zweiten Motor 3.1 und der zweiten Schneckenwelle 3.2 angeordnet sind, sodass die Abtriebswelle 4 zwischen den beiden Schneckenwellen 2.2 und 3.2 angeordnet ist). Die Antriebsachsen C1, C2 verlaufen in 6 in einem rechten Winkel zu der Hauptachse H.
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In der zu 6 gezeigten Abtriebswelle 4 baugleichen Form in 7 verlaufen die Antriebsachsen C1, C2 parallel zu der Hauptachse H. Die Schneckenwellen 2.2, 3.2 sowie die beiden Motoren 2.1, 3.1 sind entlang dieser Antriebsachsen C1, C2 ausgerichtet, wobei alle drei Achsen H, C1, C2 in einer Ebene liegen, mit der Hauptachse H in der Mitte. Grundsätzlich aber können die beiden Schneckenwellen 2.2, 3.2 und deren Antriebsachsen C1, C2 an beliebigen Umfangspositionen der Abtriebswelle 4 um Hauptachse H angeordnet werden.
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In 8 sind die gegenläufigen Schneckenwellen 2.2, 3.2 nebeneinander an der Abtriebswelle 4 angeordnet; die Antriebsachsen C2, C1 liegen entsprechend nebeneinander, wobei jede Schneckenwelle 2.2, 3.2 mit einer Schrägverzahnung 4a, 4b kämmt. Die Abtriebswelle 4 zeigt in 8 eine Pfeilverzahnung 4.2, bei der die beiden gegenläufigen Schrägverzahnungen 4a, 4b nebeneinander an der Abtriebswelle 4 vorliegen. Als Modifikation der Pfeilverzahnung 4.2 können die beiden Schrägverzahnungen 4a, 4b axial voneinander beabstandet an der Abtriebswelle 4, sozusagen als Doppelschrägverzahnung, ausgebildet sein. Abweichend zu der in 8 gezeigten und in dieser Ausführungsform bevorzugten Anordnung der Schneckenwellen 2.2, 3.2 nebeneinander können die mit der jeweiligen Schrägverzahnung 4a, 4b kämmenden Schneckenwellen 2.2, 3.2 auch unabhängig voneinander an einer beliebigen Umfangsposition der Abtriebswelle 4 angeordnet sein.
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Die Schneckenwellen 2.2, 3.2 sind in allen bisherigen Ausführungsform gegenläufig zueinander gedreht. Sie kämmen mit den jeweiligen Schrägverzahnungen 4a, 4b des verzahnten Abschnitts 4.1, 4.2 der Abtriebswelle 4 und bedingen so, wenn sie beide gleichzeitig in die gleiche Richtung drehen, einen Hub der Abtriebswelle 4 und damit der Zugstange 5 und bei gegenläufiger Rotation eine Rotation der Abtriebswelle 4.
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In 9 ist eine Ausführungsform mit zwei Schneckenwellen 2.2, 3.2 gezeigt, deren Steigungen einen Extremfall darstellen. So geht die Steigung der ersten Schneckenwelle 2.2 gegen 0°, sodass eine aufgedrehte Schneckenwelle bzw. ein Zylinder mit einer geraden Verzahnung, d. h. ein Stirnrad, erreicht wird. Die zweite Schneckenwelle 3.2 zeigt eine Steigung gegen 90°, wodurch eine eingedrehte Schneckenwelle entsteht, die eine sehr enge Spiralführung hat. Hierbei hat jede Schneckenwelle eine eigene Aufgabe, nicht beide Schneckenwellen 2.2, 3.2 arbeiten zusammen: Die erste Schneckenwelle 2.2 sorgt für den Hub in axialer Richtung und die zweite Schneckenwelle 3.2 ist für die Rotation vorgesehen.
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Die in Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 beschriebenen Details bezüglich Verbindung der Abtriebswelle 4 mit der Zugstange 5 und Lagerung in einer Halterung 7 gelten für die alternativen Ausführungsformen der Beispiele der 7 bis 9 in entsprechender Weise.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hub-Dreh-Getriebe
- 2.1
- Erster Motor
- 2.2
- Erste Schneckenwelle
- 2.3
- Antriebswelle
- 3.1
- Zweiter Motor
- 3.2
- Zweite Schneckenwelle
- 4
- Abtriebswelle
- 4a
- Erste Schrägverzahnung in einer Richtung
- 4b
- Zweite Schrägverzahnung in entgegengesetzter Richtung
- 4.1
- Kreuzverzahnung mit einander durchdringenden Schrägverzahnungen
- 4.2
- Pfeilverzahnung mit beiden Schrägverzahnungen nebeneinander
- 4.3
- Ausnehmung
- 4.4
- Ungezahnter Abschnitt
- 4.5
- Durchgangsöffnung
- 5
- Zugstange
- 7
- Halterung
- 7.0
- Grundplatte
- 7.1
- Lagerbügel
- 7.1.1
- Durchgangsöffnung
- 7.1.2
- Durchgangsöffnung
- 7.2
- Lagerbügel
- 7.2.1
- Durchgangsöffnung
- 7.3
- Lagerplatte
- 7.4
- Zugstangenlager-Durchgangsöffnung
- 7.5
- vordere Schaftwellenlagerplatte
- 7.6
- Durchgangsöffnung vordere Schaftwellenlagerplatte
- 7.7
- Rillenkugellager vordere Schaftwellenlagerplatte
- 7.8
- hintere Schaftwellenlagerplatte
- 7.9
- Durchgangsöffnung hintere Schaftwellenlagerplatte
- 7.10
- Kugellager hintere Schaftwellenlagerplatte
- 8
- Bohrung
- 8.1
- Madenschraube
- 8.2
- Feder
- 10
- Chirurgisches Instrument
- 20
- Schaft
- 21
- Schaftwelle
- 21.1
- Endabschnitt mit kreuzförmiger Geometrie
- 30
- Proximales Ende des Schaftes
- 50
- Distales Ende des Schaftes
- 60
- Instrumentenspitze
- 70
- Werkzeug
- H
- Hauptachse
- C1
- Antriebsachse erster Motor
- C2
- Antriebsachse zweiter Motor