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Die
Erfindung betrifft ein chirurgisches Rohrschaftinstrument mit einem
Handstück,
einem von diesem ausgehenden Rohrschaft, einem um die Rohrschaftlängsachse
drehbar am distalen Ende des Rohrschaftes gelagerten Werkzeug und
mit einer im Rohrschaft von dem Handstück zum Werkzeug verlaufenden
und von einem motorischen Antrieb um die Rohrschaftlängsachse
verdrehbaren Antriebswelle.
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Derartige
chirurgische Rohrschaftinstrumente werden beispielsweise zum Bohren
oder Fräsen verwendet
und werden insbesondere auch eingesetzt bei mikrochirurgischen und
neurologischen Operationen, bei denen kleinste Abmessungen notwendig
sind. So ist es bekannt, dass bei solchen Instrumenten Werkzeuge
eingesetzt werden, beispielsweise Fräsköpfe, deren Außendurchmesser
zwischen 1 mm und 4 mm liegt. Um mit derartigen Werkzeugen ausreichende
Abtragleistungen zu erzielen, müssen
diese rotierenden Werkzeuge mit sehr hohen Drehzahlen betrieben
werden, beispielsweise sind derartige Instrumente bekannt, die mit
Drehzahlen zwischen 20000 und 60000 U/min umlaufen.
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Bei
vielen Einsatzzwecken ist erwünscht, dass
die Rohrschäfte
dieser Instrumente nicht geradlinig verlaufen, sondern abgebogen
sind oder abgebogen werden können.
Dies führt
dazu, dass auch die in den Rohrschäften drehbar gelagerten Antriebswellen
entsprechend gebogen werden, und zwar bei jeder Umdrehung. Die damit
verbundene Verformung der Antriebswellen führt zu einer starken Erwärmung, und
diese Erwärmung
kann bei in den Körper
eingeführten
Instrumenten selbstverständlich
nur bis zu einer bestimmten Tempe ratur toleriert werden. Es wird dadurch
in der Praxis die Drehzahl begrenzt, mit der derartige Rohrschaftinstrumente
betrieben werden können,
da bei Steigerung der Drehzahl eine unzulässig starke Erwärmung eintritt.
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Um
dem abzuhelfen, ist es beispielsweise bei bekannten Rohrschaftinstrumenten,
die mit 60000 U/min betrieben werden, bekannt, die Antriebswelle
aus Speziallegierungen herzustellen, beispielsweise aus einer Formgedächtnislegierung,
da diese Speziallegierungen bei der Verformung eine besonders geringe
Erwärmung
erfahren.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes chirurgisches Rohrschaftinstrument
so auszubilden, dass die Erwärmung
der Antriebswelle durch Verformung bei gebogenem Rohrschaft herabgesetzt
wird.
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Diese
Aufgabe wird bei einem chirurgischen Rohrschaftinstrument der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Antriebswelle zumindest über einen wesentlichen Teil ihrer
Länge als
Rohr ausgebildet ist. Durch die Ausbildung als insbesondere dünnwandiges
Rohr setzt die Antriebswelle einer Verformung beim Umlauf wesentlich
weniger Widerstand entgegen, so dass auch eine deutlich geringere
Erwärmung
auftritt. Mit einer rohrförmigen
Antriebswelle können
daher deutlich höhere
Drehzahlen erreicht werden, beispielsweise ist es ohne weiteres
möglich,
ein Rohrschaftinstrument mit einem Werkzeug, dessen Durchmesser
bei 1 mm liegt, mit einer Umdrehungszahl von 100000 U/min zu betreiben
und dabei erreicht man bei einem abgebogenen Rohrschaft Erwärmungen,
die nicht über
eine tolerierbare Temperatur hinausgehen, beispielsweise über eine
Temperatur von 43°C.
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Die
Antriebswelle kann über
die gesamte Länge
als Rohr ausgebildet sein, es ist aber grundsätzlich auch möglich, dass
sich die rohrförmige
Ausgestaltung über
einen Teil der Länge
der Antriebswelle erstreckt, beispielsweise kann die Antriebswelle am
distalen Ende oder am proximalen Ende zur Ausbildung eines Anschlusses
an das Werkzeug beziehungsweise in einen Antrieb massiv ausgebildet sein.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
ist die Antriebswelle einstückig
mit dem Werkzeug verbunden, es ist aber bei anderen Ausführungsformen
auch möglich,
die Antriebswelle mit dem Werkzeug zu verbinden, beispielsweise
durch eine Verschweißung
oder eine Verpressung.
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Das
Werkzeug kann dabei einen in die Antriebswelle eintauchenden Verbindungsstutzen
tragen.
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Wenn
die Antriebswelle an ihrem proximalen Ende als Rohr ausgebildet
ist, ist die Wandstärke
in der Regel so gering, dass eine spanende Formgebung in diesem
Bereich kaum mehr möglich
ist. Es ist daher in diesem Falle günstig, wenn die Antriebswelle
an ihrem proximalen Ende durch eine bleibende spanlose Verformung
einen unrunden Kupplungsabschnitt aufweist.
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Dieser
kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Antriebswelle
auf gegenüberliegenden
Seiten jeweils eine muldenförmige
Vertiefung aufweist, beispielsweise mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt.
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Durch
die Ausbildung der Antriebswelle als Rohr wird die Festigkeit der
Antriebswelle gegenüber einer
massiven Antriebswelle herabgesetzt, und dies kann insbesondere
bei Werkzeugen mit einem größeren Werkzeugkopfdurchmesser
dazu führen,
dass die Antriebswelle die notwendigen Drehmomente nicht auf das
Werkzeug übertragen
kann. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist daher vorgesehen, dass der Werkzeugkopf
hohl ausgebildet ist, so dass das Trägheitsmoment des Werkzeuges
deutlich herabgesetzt wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Antriebswelle durch Kugeln im Rohrschaft gelagert, die einerseits
an der Innenwand des Rohrschafts und andererseits an der Außenwand
der Antriebswelle anliegen. Auf diese Weise ist auf kleinstem Raum
eine Lagerung der Antriebswelle über
die gesamte Länge
des Rohrschafts möglich,
insbesondere auch bei einem gebogenen Rohrschaft, ohne dass Raum
für zusätzliche
Kugellagerringe benötigt wird.
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Bei
einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Kugeln in Wanddurchbrechungen
eines hülsenförmigen Käfigs frei
verdrehbar und gegen eine Verschiebung in Längsrichtung gesichert sind, der
in einem Zwischenraum zwischen dem Rohrschaft und der Antriebswelle
diesen umgebend angeordnet ist. Ein derartiger hülsenförmigen Käfig benötigt sehr wenig Platz zwischen
dem Rohrschaft einerseits und der Antriebswelle andererseits und
kann doch die Kugeln in ihrer jeweiligen Position sichern.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass die Kugeln in den Wanddurchbrechungen
des Käfigs
unverlierbar gehalten sind, so dass die Antriebswelle aus dem Rohrschaft
herausgezogen und ausgewechselt werden kann, ohne dass dabei die
Kugeln ihre Lage verlieren.
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Durch
die Kugellagerung können
relativ hohe Flächenpressungen
im Kontaktbereich zwischen den Kugeln und der Innenwand des Rohrschaft
sowie der Außenwand
der Antriebswelle entstehen. Es ist daher sinnvoll, in diesem Kontaktbereich
Materialien einzusetzen, die sehr verschleißfest und hart sind.
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Beispielsweise
können
die Kugeln aus Keramik oder Hartmetall bestehen.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Innenwand des Rohrschaftes
und/oder die Außenwand
der Antriebswelle eine verschleißfeste Beschichtung aufweisen,
beispielsweise eine Beschichtung aus Titannitrid, eine kristalline
oder amorphe Diamantschicht oder eine Beschichtung aus Hartchrom.
Es ist auch möglich,
die Oberfläche
jeweils durch spezielle Härtungsverfahren
zu härten.
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Weiterhin
ist es günstig,
wenn der Rohrschaft, die Antriebswelle und gegebenenfalls der Käfig der
Kugellagerung der Antriebswelle im Rohrschaft aus einem elastischen
Material bestehen, so dass der Rohrschaft mit der Antriebswelle
verbiegbar ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Handstück
als Winkelhandstück
ausgebildet. Es ist dadurch möglich,
die Anschlüsse
an das Winkelhandstück
beispielsweise für
die Energiezufuhr, für Spülflüssigkeitszufuhr,
Druckluftzufuhr etc. seitlich an das Rohrschaftinstrument heranzuführen und
nicht in der Verlängerung
der Rohrschaftlängsachse.
Auf diese Weise bleibt der Bereich entlang des Rohrschaftes frei
von derartige Anschlüssen,
so dass dem Operateur ermöglicht
wird, diesen Bereich für
die Beobachtung zu nutzen, sei es für die direkte Beobachtung durch
den Operateur, sei es für
die Anordnung eines Mikroskops oder einer Kamera, mit denen der Arbeitsbereich
des Werkzeuges beobachtet wird.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Handstück Griffflächen aufweist, die derart angeordnet
sind, dass an den Griffflächen
anliegende Teile der Hand nicht in der Verlängerung der Längsachse des
aus dem Handstück
austretenden Rohrschaftes positioniert sind. Auch dadurch wird sichergestellt, dass
ein Bereich unmittelbar angrenzend an den Rohrschaft für die Beobachtungszwecke
frei bleibt.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine perspektivische Ansicht eines Rohrschaftinstrumentes mit einem
rotierenden Werkzeug;
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2:
eine perspektivische Ansicht eines Rohrschaftes zur Verwendung mit
dem Rohrschaftinstrument der 1 mit einem
in Längsrichtung
abgebogenem Rohrschaft;
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3:
eine Längsschnittansicht
durch den distalen Teil eines geradlinigen Rohrschaftes;
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4:
eine Ansicht ähnlich 3 bei
einem abgebogenen Rohrschaft;
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5:
eine Seitenansicht eines teilweise aufgebrochen dargestellten Werkzeuges
mit daran anschließender
Antriebswelle;
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6:
eine Seitenansicht der teilweise aufgebrochen dargestellten rohrförmigen Antriebswelle an
deren proximalem Ende;
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7:
eine Ansicht ähnlich 5 mit
einem massiven Werkzeug und einem in die rohrförmige Antriebswelle eingreifenden
Verbindungsstutzen;
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8:
eine Ansicht ähnlich 7 mit
einem hohlen Werkzeug.
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Das
in der Zeichnung dargestellte Rohrschaftinstrument 1 umfasst
ein Handstück 2 mit
einem vorderen, im wesentlichen zylindrischen Teil 3 und
einem hinteren, gegenüber
dem zylindrischen Teil abgewinkelten Anschlussteil 4, an
welches in der Zeichnung nicht dargestellte Versorgungsleitungen angeschlossen
werden können,
beispielsweise zur Zufuhr von elektrischer Energie, von Spülflüssigkeit, von
Druckluft etc. Es ist auch möglich,
dass in diesem Bereich unmittelbar eine rotierende Antriebswelle
angeschlossen wird, so dass dann der Antrieb vom Handstück entfernt
angeordnet ist.
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An
dem dem Anschlussteil 4 gegenüberliegenden Ende des Handstückes 2 tritt
aus dem Handstück 2 ein
Rohrschaft 5 aus, in dessen Innerem eine diesen durchsetzende
Antriebswelle 6 um die Längsachse der Antriebswelle
und damit des Rohrschaftes verdrehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 6 ist
mit einem im vorderen Teil 3 des Handstückes 2 angeordneten
und in der Zeichnung nicht dargestellten Antrieb gekoppelt, der
die Antriebswelle 6 um ihre Längsachse verdreht. Am distalen
Ende trägt
die Antriebswelle 6 ein Werkzeug 7, beispielsweise
einen Fräskopf,
der durch die Drehung der Antriebswelle 6 in Drehung versetzt
werden kann.
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Die
Antriebswelle 6 ist im Inneren des Rohrschaftes 5 durch
eine Vielzahl von Kugeln 8 gelagert, die einerseits an
der Außenwand
der Antriebswelle 6 und andererseits an der Innenwand des
Rohrschaftes 5 anliegen und die durch hülsenförmige Käfige 9 gegen eine
seitliche Verschiebung gesichert sind. Diese Käfige 9 sind in einem
Zwischenraum 10 angeordnet, der zwischen der Antriebswelle 6 und
dem Rohrschaft 5 ausgebildet ist, und die Käfige 9 umgeben
die Antriebswelle 6 konzentrisch. In der Wand der Käfige 9 sind
Durchbrechungen 11 angeordnet, von denen jede eine Kugel 8 aufnimmt
und sie dadurch gegen eine seitliche Verschiebung sichert. Die Durchbrechungen 11 sind
dabei so ausgebildet, dass die Kugel 8 unverlierbar in
den Käfigen
gehalten sind, also auch nicht aus den Durchbrechungen 11 austreten,
wenn die Antriebswelle 6 aus dem Rohrschaft 5 herausgezogen
ist. Dies lässt
sich durch eine entsprechende Formgebung der Kanten der Durchbrechung 11 erreichen.
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Die
Durchbrechungen 11 mit darin gelagerten Kugeln 8 erstrecken
sich über
die gesamte Länge des
Rohrschaftes 5, so dass eine Lagerung der Antriebswelle 6 im
Rohrschaft 5 in allen Längsbereichen des
Rohrschaftes 5 erfolgt.
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Der
Rohrschaft 5 kann geradlinig ausgebildet sein, wie dies
in 3 dargestellt ist, es ist aber auch möglich, dass
der Rohrschaft 5 gebogen ist, wie dies aus der Darstellung
der 4 zu entnehmen ist. Diese Biegung kann dauerhaft
sein, es ist aber auch möglich,
dass der Rohrschaft 5 selbst in gewissem Umfange abbiegbar
ist. Es ist aus diesem Grunde vorgesehen, dass für den Rohrschaft und/oder die Antriebswelle
und/oder für
die Käfige
ein elastisches Material verwendet wird, welches eine Biegung ermöglicht,
beispielsweise kommt als Material nichtrostender Stahl in Frage.
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Die
Außenwand
der Antriebswelle 6, die Innenwand des Rohrschaftes 5 und
die Oberfläche
der Kugeln 8 bestehen vorzugsweise aus einem harten und
verschleißfesten
Material, dies lässt
sich erreichen entweder durch eine entsprechende Beschichtung, beispielsweise
mit Titannitrid oder mit einer kristallinen oder amorphen Diamantschicht,
oder es wird ein entsprechend hartes Material verwendet, beispielsweise
könnten
die Kugeln 8 aus Keramik oder aus Hartmetall bestehen.
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Die
Antriebswelle 6 ist bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Rohr ausgebildet mit einer relativ dünnwandigen Außenwand.
Beispielsweise kann der Durchmesser der Antriebswelle liegen zwischen
1 mm und 1,2 mm, die Wandstärke
des Rohres dabei zwischen 0,1 mm und 0,2 mm. Durch diese rohrförmige Ausgestaltung
lässt sich
die Antriebswelle 6 relativ leicht biegen, so dass bei
der Biegung, die die Antriebswelle 6 bei der Verdrehung
in einem gebogenen Rohrschaft erfährt, die Verformungsarbeit
auf ein Minimum herabgesetzt wird und damit auch die Erwärmung.
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Die
Antriebswelle 6 kann einstückig mit dem Werkzeug 7 verbunden
sein, es ist aber auch möglich,
dass das Werkzeug 7 und die Antriebswelle 6 durch
eine geeignete Verbindungstechnik miteinander verbunden sind. Beispielsweise
kann ein Werkzeug 7 einen Verbindungsstutzen 12 tragen,
der in die rohrförmige
Antriebswelle 6 eintaucht und dort mit der Antriebswelle 6 durch
eine Verschweißung,
insbesondere eine Laserverschweißung (8), oder durch
eine Verpressung der rohrförmigen
Antriebswelle 6 mit dem Verbindungsstutzen 12 (7)
verbunden ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 7 ist das Werkzeug massiv ausgebildet, dagegen
werden bei den Ausführungsbeispielen
der 5, bei der das Werkzeug und die Antriebswelle
einstückig
ausgebildet sind, oder der 8, bei dem
die Antriebswelle 6 mit dem Werkzeug 7 durch eine
Verschweißung
verbunden ist, Werkzeuge 7 verwendet, die hohl sind und
die dadurch ein wesentlich geringeres Trägheitsmoment aufweisen als
massive Werkzeuge. Derartige hohle Werkzeuge können auch mit Antriebswellen
betrieben werden, die aufgrund der rohrförmigen Ausgestaltung weniger
stabil ausgebildet sind und nur geringere Drehmomente übertragen können.
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Das
proximale Ende der Antriebswelle 6 ist als Kupplungsabschnitt 13 ausgebildet.
Dieser Kupplungsabschnitt 13 ist unrund, so dass er mit
einem entsprechenden Kupplungsstück
im Handstück 2 eine
drehfeste Verbindung ausbilden kann, wenn dieser Kupplungsabschnitt 13 in
das Handstück
eingesteckt wird. Da die Antriebswelle 6 als Rohr ausgebildet
ist, ist aufgrund der geringen Wandstärken in der Regel eine spanabhebende
Bearbeitung in diesem Bereich nicht möglich. Es ist daher vorteilhaft,
wenn die Wand der Antriebswelle 6 im Kupplungsabschnitt 13 durch
eine spanlose Verformung in eine unrunde Konfiguration überführt wird,
bei dem Beispiel der 6 erfolgt dies dadurch, dass
auf gegenüberliegenden
Seiten der Antriebswelle 6 Vertiefungen 14 mit
kreisbogenförmigem
Querschnitt eingedrückt werden,
außerdem
werden die Endbereiche der Antriebswelle 6 zu einer Spitze 15 zusammengedrückt.
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Der
Rohrschaft 5 tritt aus dem Handstück 2 nicht mittig
aus, sondern gegenüber
der Mittelachse des vorderen Teils 3 des Handstückes 3 seitlich
so versetzt, dass der Rohrschaft 5 und das winklige Anschlussteil 4 auf
gegenüberliegenden
Seiten der Mittellängsachse
des vorderen Teils 3 angeordnet sind. Auf diese Weise ist
der Bereich des Rohrschaftes frei von Anschlüssen und entweder für den Operateur oder
für ein
optisches Beobachtungsinstrument frei. Diese Freiheit wird auch
dadurch gewährleistet,
dass an dem Handstück 2 Griffflächen 16 derart
angeordnet sind, dass an ihnen anliegende Teile der Hand des Operateurs
nicht in der Verlängerung
der Längsachse
des Rohrschaftes angeordnet sind und in diesem Bereich daher die
Beobachtung nicht behindern können.