DE4000086C2 - Drehfeder und Aneurysmaklammer mit einer Drehfeder - Google Patents
Drehfeder und Aneurysmaklammer mit einer DrehfederInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehfeder nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 und eine Aneurysmaklammer nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 5.
Eine aus der DE 22 52 959 A1 bekannte Drehfeder weist einen Windungsabschnitt mit
einer oder mehreren Windungen auf, der üblicherweise eine im allgemeinen
zylindrische Form bildet, mit einer Windungsachse und einem
Querdurchmesser, der im allgemeinen senkrecht zur Windungs
achse verläuft. Manche Drehfedern können sogar weniger als
eine volle Windung aufweisen. Die Schenkel der Drehfeder er
strecken sich üblicherweise von dem Windungsabschnitt weg, um
Kräfte aufzunehmen, die in der Feder Drehmomente induzieren.
Diese Schenkel erstrecken sich üblicherweise in einer insge
samt tangentialen Richtung, können sich aber unter jeglichem
Winkel von dem Windungsabschnitt weg oder an jeder Stelle rund
um den Umfang des Windungsabschnitts in Abhängigkeit von der
Verwendung erstrecken, der die Feder unterzogen wird. Wenn ein
Moment auf die Feder aufgebracht wird (ein Moment ist die auf
den Schenkel aufgebrachte Kraft, multipliziert mit dem Abstand
von der Mittelachse des Windungsabschnitts, wo die Kraft auf
den Schenkel aufgebracht wird), dann wird der Windungsab
schnitt gebogen und das Material, aus dem dieser hergestellt
ist, wird unter Spannung gesetzt. Wenn das Moment nachläßt,
dann entspannt sich auch der Windungsabschnitt und kehrt in
seine ursprüngliche Form zurück. Wenn die Auslenkung zunimmt,
dann nimmt die Spannung zu bis zur Elastizitätsgrenze des
Materials. Wenn die Elastizitätsgrenze überschritten wird,
dann behält der Windungsabschnitt eine ständige Auslenkung
selbst dann bei, wenn das Moment weggenommen ist. Eine maxi
male, gewünschte Auslenkung eines Windungsabschnitts für ein
spezielles aufgebrachtes Moment ist ein wesentliches Kriterium
für die Federkonstruktion. Bei herkömmlichen Federkonstruktio
nen kann man unter anderem das Material, die Form, den Quer
schnitt und die Anzahl der Windungen auswählen, um die
gewünschte Federleistung zu erzielen.
In bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise dort, wo die
Kraft nahe der Mittelachse des Windungsabschnitts aufgebracht
werden soll, oder wo der Windungsabschnitt in einem eng be
grenzten Raum verwendet werden muß, so daß Form und Anzahl der
Windungen begrenzt sind, können selbst geringe Auslenkungen
große Änderungen in der Spannung an verschiedenen Punkten rund
um den Umfang des Windungsabschnitts verursachen. In solchen
Anwendungsfällen können Abschnitte des Windungsabschnitts
selbst bei kleinen Auslenkungen bereits der Elastizitätsgrenze
nahekommen.
Wenn herkömmliche Federn mit Kraftaufnahme-Schenkeln, die
derselben Seite der Windungsachse zugewandt sind, ausgelenkt
werden, dann werden hohe Momente und somit auch Spannungen an
jenem Teil des Windungsabschnitts, der den Schenkeln abgewandt
ist, und geringere Momente und somit auch niedrigere Spannun
gen an dem Teil des Windungsabschnitts nahe den Schenkeln
verursacht. Die Materialmenge im Bereich geringer Spannung
kann den Windungsabschnitt versteifen. Die zusätzliche Stei
figkeit dieses Bereiches kann dessen Auslenkung erschweren.
Diese Steifigkeit kann die Auslenkung in irgendeinem anderen
Bereich des Windungsabschnitts verursachen und möglicherweise
auch die Neigung der anderen Windungen des Windungsabschnitts
erhöhen und sich der Elastizitätsgrenze des Materials nähern.
Es wird angenommen, daß die zusätzliche Materialmenge in den
mit niedriger Spannung beaufschlagten Bereichen des Windungs
abschnitts die ungleichmäßige Spannungsverteilung verstärkt
und tatsächlich die Wirksamkeit der Feder verringern kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehfeder und eine Aneurysmakammer
mit einer solchen Drehfeder mit einer gleichmäßigeren Spannungsverteilung zu schaffen, so
daß eine einzige Drehfeder für einen größeren Winkelauslenkungsbereich verwendet werden
kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe einerseits durch die in Anspruch 1 und andererseits durch
die in Anspruch 5 enthaltenen Merkmale. Die Unteransprüche enthalten weitere,
zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Ein Anwendungsfall von speziellem Interesse ist eine Aneurys
maklammer mit einer Drehfeder, bei der die Kraftaufnahmeschen
kel derselben Seite der Windungsachse zugewandt sind, um die
Schultern der Aneurysmaklammer zu bilden.
Ein Aneurysma ist eine ständige Aufweitung der Wand eines
Blutgefäßes, die üblicherweise durch eine Schwächung der Wand
aufgrund eines pathologischen Zustandes verursacht wird. Lai
enhaft ausgedrückt wird die Wand geschwächt und der Druck im
Gefäß veranlaßt die Wand, sich als ein ballonartiges Gebilde
an der Seite dieses Gefäßes auszuweiten. Der Ballon weist oft
einen Halsabschnitt auf, der sich von der Wand aus erstreckt,
sowie einen aufgeweiteten Abschnitt, der mit dem Hals verbun
den ist, obwohl ein Aneurysma vielfältige Formen annehmen
kann.
Eine Behandlungsart eines Aneurysmas besteht im Anbringen
einer Klammer, um den Halsabschnitt des Aneurysmas nahe der
Blutgefäßwand so abzusperren, daß der Blutdruck keinen Zutritt
mehr zum geschwächten, aufgeweiteten Abschnitt des Aneurysmas
hat. Somit ist die Möglichkeit des Aneurysmas, zu bersten,
verringert und - wie man hofft - ausgeräumt. Es wird erhofft,
daß die Klammer den geschwächten Abschnitt der Wand so abdich
tet, daß das Blutgefäß ausheilen kann.
In der Vergangenheit wurden Drehfeder-Aneurysmaklammern ver
wendet, um bestimmte Aneurysmen wirksam abzudichten. Eine
Aneurysmaklammer jener Art, deren Merkmale im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 berücksichtigt sind, ist ähnlich jener, die
in US-PS 3 827 438 gezeigt ist. Diese bekannten Drehfeder
klammern haben einen Windungsabschnitt mit einem ersten Schen
kel, der sich von einem Ende der Drehfeder aus erstreckt und
sich über eine Seite des Windungsabschnitts erstreckt, und
einen zweiten Schenkel, der sich vom anderen Ende der Drehfe
der aus über dieselbe Seite des Windungsabschnitts erstreckt.
Sowohl der erste als auch der zweite Schenkel weisen eine
Schulter, einen querlaufenden Abschnitt und eine Backe auf.
Wenn die Schultern gegeneinander bewegt werden (mit einer
speziellen Pinzette oder Zange), um ein Drehmoment auf die
Drehfeder aufzubringen, dann bewegen sich die Backen vonein
ander weg in eine offene Lage, so daß das Aneurysma zwischen
den beiden Backen erfaßt werden kann, um das Aneurysma abzu
dichten.
In der US 4 765 335 ist eine zerebrale Aneurysmaklammer mit
einer Drehfeder beschrieben, die aus einem Windungsabschnitt
und zwei sich von dem Windungsabschnitt erstreckenden Klemmar
men besteht. Beide Klemmarme sind in Form sich überkreuzender,
bogenförmiger und gegeneinander beweglicher Abschnitte ge
krümmt und an ihren Enden mit einander gegenüberliegenden
Klemmbacken versehen. Beim Gegeneinanderbewegen der gekrümm
ten, sich überkreuzenden Abschnitte mittels eines Applizieri
nstrumentes werden die Klemmbacken geöffnet, so daß ein Aneu
rysma erfaßt und durch anschließendes Freigeben der Klemmback
ken aufgrund der elastischen Rückstellkraft der Drehfeder
abgeklemmt werden kann.
Der Konstrukteur einer Aneurysmaklammer muß sich mit mehreren
konstruktiven Beschränkungen befassen. Da Aneurysmaklammern im
Gehirn verwendet und oft dauerhaft eingepflanzt werden, soll
ten sie so klein wie möglich sein, so daß sie in sehr eng
begrenzten Räumen verwendet werden können. Das Implantat muß
biokompatibel sein, so daß nur einige wenige Materialien, wie
hochfeste, hochlegierte Metalle, für den Gebrauch empfohlen
werden. Die Backen-Schließkraft muß groß genug zum Abdichten
von Aneurysmen sein und darf nicht durch Druckänderungen im
Blutgefäß verschoben oder sonstwie beeinträchtigt werden. Die
Backen der Aneurysmaklammern haben verschiedenartige Formen,
Längen und Winkel zur Verwendung bei unterschiedlichen Arten
von Aneurysmen, aber die Windungen dieser Aneurysmaklammern
sind gleichartig, so daß sie in eine in der Größe angepaßte
Pinzette passen. Es ist auch erwünscht, daß die Klammer ein
leichtes Gewicht hat, um nicht an dem Blutgefäß zu ziehen, an
dem sie angebracht wird.
Somit muß der Konstrukteur von Aneurysmaklammern Einschränkun
gen berücksichtigen, die die Anforderungen an Material, Größe,
Gewicht und Kraft der Klammer betreffen.
Der Konstrukteur von Aneurysmaklammern wünscht eine maximale
Backenauslenkung einer bestimmten Form einer Drehfeder zu er
reichen. Wenn man bei einer herkömmlichen Verwendung einer
Drehfeder größere Auslenkungen wünschen würde, dann würde man
die Kräfte an einem Punkt aufbringen, der von der Mittellinie
der Drehfeder weit entfernt ist, um ein größeres Moment zu
erhalten. Das ist für Aneurysmaklammern unzweckmäßig, weil es
die Klammer vergrößert und die Verwendung unterschiedlicher
Pinzetten erfordern würde. Einige sehr große Aneurysmen erfor
dern Klammern, deren Backen sich weiter öffnen, als es die
meisten verfügbaren Aneurysmaklammern zulassen. Demzufolge
machen viele Chirurgen nicht den Versuch, Drehfeder-Aneurysma
klammern zu verwenden, um solche sehr großen Aneurysmen ab
zudichten. Wenn man versucht, die Backen einer üblichen Klam
mer um ein ausreichendes Maß zur Anpassung an ein sehr großes
Aneurysma zu öffnen, ist es möglich, daß das Windungsmaterial
auf der Seite der Drehfeder, die von den Backen abgekehrt ist,
Spannungen über der Elastizitätsgrenze unterworfen wird, und
die Materialmenge auf jener Seite der Windung, die den Backen
zugekehrt ist, die Drehfeder versteift und die ungleichmäßige
Spannungsverteilung noch verstärkt.
Demnach beschäftigt sich die Erfindung mit einer Drehfeder
mit Mitteln zur Erzielung einer gleichmäßigeren
Spannungsverteilung rund um den Umfang des Windungsabschnitts,
wenn die Feder unter Drehmomentbelastung steht. Die Mittel zur
Erzielung dieser gleichmäßigeren Spannungsverteilung bestehen
darin, die Querschnittsfläche des Metalls, aus der die Drehfe
der hergestellt ist, zu ändern. Das Metall kann zu einer gew
ünschten Form geformt werden, welche eine im wesentlichen
gleichförmige Dicke in einer Richtung parallel zur Windungs
achse und eine sich ändernde Breite in einer Richtung senk
recht zur Windungsachse aufweist, so daß dann, wenn das Metall
zu einer Drehfeder geformt wird, die Mitte der inneren Hüll
kurve, die den Innendurchmesser der Drehfeder festlegt, gegen
über der Mitte jeder Hüllkurve versetzt ist, die den Außen
durchmesser der Drehfeder definiert. Somit wird die eine Seite
der Drehfeder breit sein, um das Potential für höhere Bela
stungswerte zu verringern, wenn die Feder unter Drehmomentbe
lastung gesetzt wird, und die andere Seite der Feder wird
schmal sein, um schneller nachzugeben und die Spannung gleich
mäßiger zu verteilen, wenn die Drehfeder einer Drehmomentbela
stung unterworfen wird. Die Oberfläche, die den Innendurchmes
ser des Windungsabschnitts der Feder bildet, ist vom schmalen
zum breiten Abschnitt hin glatt und mit einer insgesamt kreis
förmigen Kontur versehen. Die Drehfeder der Erfindung erzielt
eine gleichmäßigere Spannungsverteilung über den Umfang des
Windungsabschnitts.
Anstelle einer gleichmäßigen Dicke in einer Richtung parallel
zur Windungsachse und einer veränderlichen Breite in einer
Richtung senkrecht zur Windungsachse kann man auch die Dicke
in einer Richtung parallel zur Windungsachse ändern und eine
gleichmäßigere Breite in einer Richtung senkrecht zur Win
dungsachse beibehalten. Bei diesen beiden Ausführungsbeispie
len empfiehlt sich ein rechteckiger Querschnitt für das Win
dungsmaterial. Obwohl ein rechteckiger Querschnitt bevorzugt
wird, ist er jedoch nicht notwendig, und eine Vielzahl von
Windungsquerschnitten, z. B. Kreise oder Ellipsen, können ver
wendet werden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der
Windungsabschnitt in einer im allgemeinen zylindrischen Form
gewickelt, es kann aber jede geeignete Form verwendet werden,
wobei man noch immer den Vorteil aus den Vorzügen der Erfin
dung nutzen kann. Durchgehend wird hierin der Windungsab
schnitt anhand der Windungsachse und des Windungsdurchmessers
beschrieben, aber diese Bezeichnungen sollen nicht den Win
dungsabschnitt auf eine kreiszylindrische Form beschränken. Es
wird lediglich die Richtung axial durch jenen Raum hindurch
beschrieben, der durch die Windungen festgelegt ist, sowie
eine Richtung quer zu den Windungen.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die
Schenkel von den Enden des Windungsabschnitts der Drehfeder
aus tangential von der Drehfeder weg und enthalten Mittel, um
Drehmomentkräfte der Feder aufzunehmen. Es ist nicht erforder
lich, daß sich diese Schenkel axial erstrecken, sondern sie
können in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung der
Drehfeder unter jedem beliebigen Winkel und an jeder Stelle
rund um den Umfang des Windungsabschnittes angeordnet sein.
Die Drehfeder der Erfindung kann verwendet werden, um eine
Aneurysmaklammer mit einer gleichmäßigeren Spannungsverteilung
über den Umfang des Drehfederabschnitts der Aneurysmaklammer
vorzusehen. Die Aneurysmaklammer hat eine Drehfeder mit minde
stens einer Windung oder einer Teilwindung, die um eine Win
dungsachse ausgerichtet ist und einen ersten und zweiten
Schenkel aufweist, die sich von den entgegengesetzten Enden
der Drehfeder aus erstrecken und auf einer Seite der Windungs
achse versetzt angeordnet sind. Sowohl der erste als auch der
zweite Schenkel haben eine Schulter, die im Abstand gegenüber
liegend angeordnet sind, sowie eine Backe, die einander zu
gewandt angeordnet sind. Der erste und zweite Schenkel über
kreuzen sich derart, daß dann, wenn die Schultern aufeinander
zu bewegt werden, z. B. mittels eines Applizierwerkzeugs, die
Drehfeder gespannt wird und die Backen eines jeden Schenkels
sich voneinander weg in eine offene Stellung bewegen, in der
sie um ein Aneurysma herum angeordnet werden können.
Bei der Aneurysmaklammer der Erfindung wird die gleichmäßigere
Spannungsverteilung dadurch erreicht, daß man einen Windungs
abschnitt mit ungleichförmigem Querschnitt, wie oben beschrie
ben, für die Drehfeder vorsieht. Diese und andere Merkmale und
Vorzüge der vorliegenden Erfindung gehen noch näher aus der
nachfolgenden, detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausfüh
rungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht der Drehfeder der
Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Aneurysmaklammer
mit der Drehfeder der Erfindung, wobei die Klammer
an einem Aneurysma angesetzt ist,
Fig. 3A eine Aneurysmaklammer mit der Drehfeder der Erfin
dung und mit offenen Backen;
Fig. 3B eine Aneurysmaklammer mit der Drehfeder der Erfin
dung und mit geschlossenen Backen,
Fig. 4A eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht
eines flachen Metallstücks, bevor es zu einer Aneu
rysmaklammer der Erfindung gebogen wird,
Fig. 4B eine Teil-Seitenansicht einer anderen Ausführungs
form einer Aneurysmaklammer der Erfindung,
Fig. 4C eine Teil-Draufsicht auf die Ausführungsform in Fig.
4B;
Fig. 5 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht der Dreh
feder der Erfindung,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Spannung bei der
Drehfeder der Erfindung und bei üblichen Federn,
Fig. 7A eine schematische Darstellung einer üblichen Klammer
mit gleichmäßigem Querschnitt, und
Fig. 7B eine schematische Darstellung der konturierten Klam
mer der Erfindung.
In Fig. 1 ist die Drehfeder 10 der Erfindung mit einem Win
dungsabschnitt 12 und einem Schenkel 14 gezeigt, der sich vom
einen Ende des Windungsabschnitts 12 aus erstreckt, sowie mit
einem Schenkel 16, der sich vom anderen Ende des Windungsab
schnitts 12 erstreckt. Der Windungsabschnitt 12 hat eine Win
dungsachse 18, um die herum der Windungsabschnitt 12 aufge
wickelt ist, sowie einen quer verlaufenden Windungsdurchmesser
20, der gewöhnlich senkrecht zur Windungsachse 18 gerichtet
ist.
Die Drehfeder 10, die in Fig. 1 gezeigt ist, weist drei Windungen 12a, 12b, 12c auf. Der
Durchmesser 20 legt eine Null-Grad(0°)-Lage an der rechten Seite der Fig. 1 und 180°-Lage
an der linken Seite der Fig. 1 fest. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Abszine einen
Windungswinkel von 0° bis 450° aufweist, wobei die Spannungswerte der gesamten Windung
12b sowie eines Teils der Windung 12c oder 12a bis näherungsweise zu jenem Punkt
angegeben sind, wo die Schenkel 14 und 16 beginnen. Fig. 6 zeigt demnach die
Spannungsverteilung an mehr als einer Windung der Drehfeder 10.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erstrecken
sich die Schenkel 14 und 16 tangential vom Windungsabschnitt
12 aus und auf derselben Seite der Windungsachse 18. Die
Schenkel 14 und 16 dienen zur Aufnahme der die Drehfeder 10
spannenden Kräfte. Die Schenkel 14 und 16 brauchen sich nicht
tangential zu erstrecken, sondern können sich in jeder Rich
tung erstrecken, die für die beabsichtigte Verwendung der
Drehfeder 10 geeignet ist. Auch die Schenkel 14 und 16 brau
chen sich nicht auf derselben Seite der Windungsachse 18 zu
erstrecken, sondern können an irgendeiner Umfangsstelle rund
um den Windungsabschnitt 12 liegen, die für die beabsichtigte
Verwendung der Drehfeder 10 geeignet ist.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, wo die Drehfeder 10 in
Seitenansicht gezeigt ist, wobei der Windungsdurchmesser 20
zusammen mit der Windungsachse 18 gezeigt ist. Es ist ersicht
lich, daß die Breite des Windungsabschnitts 12 im Bereich A
größer ist als jene des Windungsabschnitts 12 im diametral
gegenüberliegenden Bereich B. Der Querschnitt des Windungs
abschnitts 12 ist mit einer glatten Kontur zwischen den Berei
chen A und B so versehen, daß der resultierende Innendurch
messer des Windungsabschnitts 12 insgesamt kreisförmig ist;
seine Mitte 74 ist jedoch gegenüber der Mitte 78 des Außen
durchmessers des Windungsabschnitts 12 versetzt. Dieses neu
artige Merkmal der Erfindung soll für eine gleichmäßigere
Spannungsverteilung am Windungsabschnitt 12 bei den diametral
gegenüberliegenden Querschnittsbereichen A und B und rund um
den Umfang des Windungsabschnitts 12 sorgen. Es wurde festge
stellt, daß dann, wenn die Schenkel 14 und 16 in der gezeigten
Richtung bewegt werden, ein großes Maß sehr hoher Spannungen
am Windungsabschnitt 12 im Querschnittsbereich A vorhanden
ist, das manchmal die Elastizitätsgrenze des Metalls über
schreiten kann, aus dem die Drehfeder 10 hergestellt ist. Die
erhöhte Spannung im Bereich A kann durch das verstärkte Mate
rial in diesem Bereich des Windungsabschnitts 12 aufgenommen
werden. Gleichzeitig wird Material vom Windungsabschnitt 12 im
Querschnittbereich B entfernt, so daß das zusätzliche Materi
al, das in einer herkömmlichen Drehfeder vorhanden ist, die
Drehfeder 10 nicht versteift und die ungleichmäßige Spannungs
verteilung nicht noch verstärkt, wie oben erörtert. Übliche
Drehfedern weisen in einer Richtung senkrecht zur Windungs
achse 18 gleiche Abmessungen rund um den gesamten Umfang des
Windungsabschnitts 12 auf. Die Konturierung des Windungsab
schnitts 12 derart, daß ein größerer Querschnitt im Bereich A
und ein kleinerer Querschnitt im diametral gegenüberliegenden
Bereich B vorhanden ist, ist ein Mittel zum Verteilen der
Spannungen in der Drehfeder 10. Diese Spannungsverteilung er
möglicht es den Drehschenkeln 14 und 16, sich über einen grö
ßeren Schwenkbogen zu bewegen und sich stärker auszulenken,
ohne daß das Metall, aus dem die Drehfeder 10 hergestellt ist,
Spannungen jenseits der Elastizitätsgrenze ausgesetzt ist.
Es ist wiederum aus Fig. 1 ersichtlich, daß die Dicke des
Materials des Windungsabschnitts 12 in einer Richtung parallel
zur Windungsachse 18 im wesentlichen rund um den Umfang des
Windungsabschnitts 12 gleichmäßig ist. Die Breite des Win
dungsabschnitts 12 in einer Richtung senkrecht zur Windungs
achse 18 ändert sich jedoch. Da der Querschnittsbereich das
wesentliche Merkmal ist, könnte auch die Breite des Windungs
abschnitts 12 in einer Richtung senkrecht zur Windungsachse 18
gleichmäßig sein, und die Dicke in einer Richtung parallel zur
Windungsachse 18 könnte sich ändern. Ferner muß der Quer
schnitt nicht rechteckig sein, sondern könnte jede geeignete
Form aufweisen, die eine Maßnahme zur Verteilung der Spannung
rund um den Umfang des Windungsabschnitts 12 vorsieht.
In Fig. 4A ist ein flacher Metallstab oder -draht 30 gezeigt,
aus welchem die Drehfeder 10 hergestellt ist. Aus einem
Abschnitt 80 des Drahtes 30 wird die Drehfeder 10 gefertigt.
Eine zusätzliche Anordnung, beispielsweise die Schultern und
Backen einer Aneurysmaklammer, kann aus dem Draht 30 zusätz
lich mittels bekannter Vorrichtungen geformt werden. Es wird
zunächst die Herstellung der Drehfeder 10 und später die Ver
wendung der Drehfeder 10 als Teil einer Aneurysmaklammer be
schrieben.
Die Drehfeder 10 kann aus dem Draht 30 mittels einer bekannten
Vorrichtung hergestellt werden, und zwar üblicherweise durch
Biegen, und das Herstellungsverfahren wird nicht erörtert,
weil dieses Verfahren dem Fachmann bekannt ist. Bei der bevor
zugten Ausführungsform weist der Abschnitt 80 des Drahtes 30
eine insgesamt rechteckige Form auf, jedoch kann sich die
Ausgangsform des Drahtes in Abhängigkeit von der beabsichtig
ten Verwendung der Drehfeder 10 ändern. Das Ausgangsmaterial
könnte rechteckig oder quadratisch im Querschnitt sein oder
könnte sogar ein Ausgangsmaterial aus rundem oder elliptischem
Draht sein. Blechmaterial wird vorzugsweise durch die bekann
ten Stanz- oder Elektroerosionsverfahren geformt, oder es
könnte durch Schmieden oder Schleifen oder ein anderes bekann
tes Formgebungsverfahren geformt werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel zur
gleichmäßigeren Spannungsverteilung um den Umfang der Drehfe
der 12 die Einstellung der Geometrie des Drahtes 30, der aus
einem im wesentlichen gleichmäßigen Stück Metall, bevorzugt
hochfestem hochlegiertem Metall, hergestellt ist. Andere Ver
fahren zum Einstellen der wirksamen Spannungen an unterschied
lichen Punkten am Windungsabschnitt 12 könnten jedoch auch
verwendet werden; man könnte z. B. unterschiedliche Wärmebe
handlungsverfahren an unterschiedlichen Stellen längs des
Drahtes 30 benutzen, oder man könnte sogar unterschiedliche
Metallegierungen an unterschiedlichen Stellen längs des Drah
tes 30 vorsehen.
Auch ist in Fig. 4A strichpunktiert eine Vorrichtung 32 ge
zeigt, um die der Abschnitt 80 des Drahtes 30 gebogen werden
kann, um den Windungsabschnitt 12 zu formen. Die Windungsachse
18 ist auf die Krümmungsmitte der Vorrichtung 32 so ausgerich
tet, daß man aus Fig. 4A die Ausrichtung des Abschnitts 80 des
Drahtes 30 ersehen kann, wenn er zum Windungsabschnitt 12 ge
formt wird. Die Dicke 36 des Abschnitts 80 des Drahtes 30 in
einer Richtung parallel zur Windungsachse 18 ist im wesentli
chen gleich. Die Breite 34 des Abschnitts 80 des Drahtes 30 in
einer Richtung senkrecht zur Windungsachse 18 ändert sich, um
veränderliche Querschnittsbereiche zwischen den Bereichen A
und B in Fig. 5 vorzusehen, wie sie oben erörtert sind. In
Fig. 4B ist die Breite des Abschnitts 80 des Drahtes 30 in
einer Richtung senkrecht zur Windungsachse 18 im wesentlichen
gleich und die Dicke (siehe Fig. 4C) in einer Richtung par
allel zur Achse 18 ändert sich, um die sich ändernden Quer
schnittsbereiche zwischen den Bereichen A und B vorzusehen.
In Fig. 4A weist das Blech 30 nicht nur den Windungsabschnitt
12 einer Drehfeder 10 auf, sondern zeigt auch Abschnitte einer
Aneurysmaklammer, die sich von der Drehfeder 10 aus erstrec
ken. Die Verwendung der Drehfeder 10 in einer Aneurysmaklammer
wird nun in Verbindung mit den Fig. 2, 3A und 3B erörtert.
In Fig. 2 ist ein Abschnitt eines Blutgefäßes 40 mit einem
Aneurysma 42 gezeigt, das sich von der Seitenwand des Blutge
fäßes 40 aus erstreckt. Das bestimmte Aneurysma 42, das in
Fig. 2 gezeigt ist, weist einen Hals 44 und eine ballonartigen
Erweiterung 46 auf. Dies soll lediglich eine bestimmte Art
eines Aneurysmas erläutern. Aneurysmen kommen in vielen Größen
und Formen vor und erfordern eine große Vielfalt von
Aneurysmaklammern. Eine spezielle Konstruktion einer
Aneurysmaklammer 50 für ein Aneurysma ist gemäß Fig. 2 am Hals
44 des Aneurysmas 42 angebracht.
In Fig. 3A und 3B ist eine Aneurysmaklammer 50 mit einer
Drehfeder 10 der Erfindung gezeigt, welche in den Backen 52
und 54 eines Appliziergerätes (nur teilweise gezeigt) aufge
nommen und in offener Lage gezeigt ist. Die Schenkel 14 und 16
erstrecken sich vom Windungsabschnitt 12 und sind einstückig
zu Schultern 56 und 58 geformt, welche jeweils quer ver
laufende Abschnitte 60 und 62 umfassen. Backen 64 und 66 sind
einstückig an den quer verlaufenden Abschnitten 60 und 62
ausgebildet. Bei der Aneurysmaklammer 50 weisen die Schenkel
14 und 16 einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen Abmessung
in einer Richtung parallel zur Windungsachse 18 kleiner ist.
Wenn die Drehfeder 10 mit einer Aneurysmaklammer verwendet
wird, ist es erwünscht, daß die breitere Abmessung des Materi
als, aus dem die Klammer hergestellt ist, auf den einander
zugewandten Flächen der Backen 64 und 66 liegt. Dies macht es
erforderlich, daß das Material um 90° verdreht wird. Jede
Schulter 56 und 58 weist eine Verdrehung um 90° bei den Punk
ten 68 und 70 auf. Diese Verdrehung um 90° kann insgesamt an
einer einzigen Stelle vorgenommen werden, wie bei der Ausfüh
rungsform, die in Fig. 3B gezeigt ist, oder kann, falls ge
wünscht, in einer Reihe kleinerer Schritte vorgenommen werden.
Die Aneurysmaklammer 50 weist auch einen Vorsprung auf, der
die Scherenbewegung verhindern soll und sich von einer Backe
aus (beispielsweise der Backe 66) in einer Richtung zum Win
dungsabschnitt 12 hin erstreckt, um die Möglichkeit der Fehl
ausrichtung der Backen 64 und 66 zu verringern, wenn sie ge
öffnet und geschlossen werden.
In Fig. 3B ist die Aneurysmaklammer 50 mit geschlossenen Bac
ken 64 und 66 gezeigt.
Die Krümmungsmitte der Hüllkurve, die den Innendurchmesser des
Windungsabschnitts 12 definiert, liegt am Punkt 74. Die Mitte
der Hüllkurve, die den Außendurchmesser des Windungsabschnitts
12 definiert, liegt am Punkt 78, der gegenüber dem Punkt 74
versetzt ist. Die Flächenänderung zwischen den Querschnitts
bereichen A und B ist die Ursache für den Versatz zwischen den
Punkten 74 und 78.
Es wurde festgestellt, daß die Verwendung der Drehfeder 10 der
Erfindung bei einer Aneurysmaklammer 50 es den Backen 64 und
66 gestattet, in weiterem Ausmaß geöffnet zu werden, ohne daß
man die Elastizitätsgrenze des Materials überschreitet.
Bei einer Operation erfaßt der Chirurg die Aneurysmaklammer 50
mit den Backen 52 und 54 eines Instrumentes und betätigt das
Instrument so, daß die Schenkel 14 und 16 gegeneinander
geschwenkt werden, um ein Drehmoment auf den Windungsabschnitt
12 auszuüben, damit die Backen 64 und 66 sich öffnen können.
Die Aneurysmaklammer 50 wird dann um den Hals 44 eines Aneu
rysmas 42 herum angesetzt. Wenn der Chirurg das Instrument
freigibt, dann schließen sich die Backen 64 und 66 eng um den
Hals 44 und sperren das Aneurysma 42 ab.
In Fig. 6 ist ein Diagramm gezeigt, das einen Vergleich der
Spannungen bei verschiedenartigen Winkelstellungen der Schen
kel eines üblichen Windungsabschnitts mit gleichmäßigem
Drahtquerschnitt, wie er in Fig. 7A dargestellt ist, mit den
Spannungen an denselben Punkten bei einem konturierten Win
dungsabschnitt der Erfindung, wie er in Fig. 7B gezeigt ist,
ermöglicht und aufgrund einer Computersimulation berechnet
wurde. In Fig. 6 ist das dimensionslose Spannungsverhältnis
auf der Ordinate aufgetragen. Die Winkellage, bei der die
Spannung rund um die Windungsabschnitt der Drehfeder herum
vorliegt, ist auf der Abszisse aufgetragen. Wie oben erörtert,
zeigt die Abszisse Winkelstellungen von 0° bis 450°, wobei man
sich von der 0°-Lage an der Windung 12b bis dorthin bewegt, wo
der Schenkel 14 an der Windung 12c beginnt, oder wo der Schen
kel 16 an der Windung 12a beginnt (siehe Fig. 1). In den Fig.
7A und 7B sind die 0°-Winkelstellung im Querschnittsbereich A,
die 90°-Winkelstellung in der oberen vertikalen Stellung, die
180°-Winkelstellung im Querschnittsbereich B und die 270°-
Winkelstellung in der unteren Stellung gezeigt. Es sind zwei
Kurven in Fig. 6 zu sehen; eine für den Windungsabschnitt mit
gleichmäßigem Querschnittsbereich und eine für den konturier
ten Windungsabschnitt.
Eine Kurve zeigt die Spannungen an einer Stelle in einem Win
dungsabschnitt mit gleichmäßigem Querschnittsbereich, divi
diert durch die mittlere Spannung rund um den gleichmäßigen
Windungsabschnitt bei gleicher Belastung. Die andere Kurve
zeigt die Spannung an einer Stelle eines konturierten Win
dungsabschnitts, dividiert durch die mittlere Spannung in dem
konturierten Windungsabschnitt bei gleicher Belastung. Diese
Kunven enthalten repräsentative, dimensionslose Parameter, die
die Vorzüge des konturierten Windungsabschnitts der Erfindung
verallgemeinert demonstrieren.
Bei der Computersimulation wurde die gleiche Kraft sowohl auf
die gleichmäßige Klammer als auch auf die konturierte Klammer
an den Schultern 56 und 58 in den Fig. 7A und 7B so aufge
bracht, daß die Schenkel 14 und 16 gegeneinander bewegt wur
den. Die Kraft wurde auf eine computersimulierte, herkömmliche
Klammer aufgebracht, die in Fig. 7A gezeigt ist, und zwar an
einer Stelle 4 mm von der Windungsachse 18 des gleichförmigen
Windungsabschnitts entfernt, der in Fig. 7A gezeigt ist. Die
Dicke in einer Richtung parallel zur Windungsachse des gleich
förmigen Windungsabschnitts, der in Fig. 7A gezeigt ist, ist
gleichförmig, und die Breite an den Querschnittsflächen A und
B dieses gleichförmigen Windungsabschnitts beträgt 0,8 mm. Der
Außendurchmesser des konturierten Windungsabschnitts, der in
Fig. 7A gezeigt ist, beträgt 3,89 mm +/- 0,25 mm. Der Außen
durchmesser des konturierten Windungsabschnitts, der in Fig.
7B gezeigt ist, beträgt 3,89 mm +/- 0,025 mm. Die auf den
computersimulierten, konturierten Windungsabschnitt der Erfin
dung aufgebrachte Kraft wurde mit demselben Abstand 4 mm von
der Windungsachse 18 des konturierten Windungsabschnitts an
den Schultern 56 und 58 aufgebracht. Die Abmessungen des kon
turierten Windungsabschnitts, der in Fig. 7B gezeigt ist, um
fassen eine gleichmäßige Dicke in einer Richtung parallel zur
Windungsachse 18, eine Breite von 0,635 mm am Querschnittsbe
reich B in einer Richtung senkrecht zur Windungsachse 18 und
eine Breite von 0,94 mm im Querschnittsbereich A in einer
Richtung senkrecht zur Windungsachse 18.
Die Spannungen, die in Fig. 6 gezeigt sind, wurden bei einer
Computersimulation errechnet. Die in Fig. 6 gezeigten Spannun
gen sind Von Mises-Hauptspannungen, die so errechnet sind, wie
dies in "Engineering Considerations of Stress, Strain and
Strength", Robert C. Juvinall, herausgegeben 1967 bei McGraw-
Hill, Seite 22, angegeben ist.
Die Fig. 6 zeigt
den Nutzen des
konturierten Windungsabschnitts der Erfindung bei der Errei
chung einer im wesentlichen gleichmäßigeren Spannungsvertei
lung um den Umfang des Windungsabschnitts der Drehfeder.
Claims (9)
1. Drehfeder mit einem Windungsabschnitt (12), der einen ersten und einen zweiten Schen
kel (14, 16) aufweist, die sich vom Windungsabschnitt (12) aus zu einer Seite hin erstrec
ken und zur Aufnahme von Kräften auf die Drehfeder (10) dienen,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur gleichmäßigeren Spannungsverteilung rund um den Windungsabschnitt (12) beim
Aufbringen eines Drehmomentes auf die Drehfeder (10) der Windungsabschnitt (12) ei
nen unterschiedlichen Querschnitt aufweist, wobei der Windungsabschnitt (12) an einer
der genannten Seite abgekehrten Stelle (A) ein Profil mit einem Bereich maximalen Quer
schnitts aufweist, der an einer der genannten Seite nächstliegenden Stelle (B) einem Be
reich minimalen Querschnitts gegenüberliegend angeordnet ist.
2. Drehfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsabschnitt (12) aus
einem gewickelten Metallblech (30) im wesentlichen gleichmäßiger Dicke besteht, wobei
die Dickenvorrichtung axial zu dem Windungsabschnitt verläuft, und wobei das Blech
quer zur Dickenrichtung eine veränderliche Breite hat, um einen maximalen Querschnitt
und einen minimalen Querschnitt zu bilden.
3. Drehfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schenkel (14,
16) in einer tangentialen Richtung von dem Windungsabschnitt weg erstrecken.
4. Drehfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die tangentialen Schenkel
(14, 16) zur gleichen Seite der Windungsachse (18) hin erstrecken.
5. Aneurysmaklammer, mit
einer Drehfeder mit wenigstens einem Windungsabschnitt (12), einem ersten Arm (56, 60) und einem zweiten Arm (58, 62), die sich von dem Win dungssabschnitt zu einer Seite hin erstrecken,
wobei sowohl der erste als auch der zweite Arm einen Schulterabschnitt (56, 58) aufwei sen, die einander gegenüberliegend und mit Abstand angeordnet sind, sowie einen Bac kenabschnitt (64, 66), die einander zugewandt sind,
wobei sich die Arme einander überkreuzen, so daß dann, wenn die Schulterabschnitte auf einander zu bewegt werden, die Backenabschnitte sich voneinander weg in eine offene Stellung bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsabschnitt (12) einen ungleichförmigen Quer schnitt aufweist, wobei der Windungsabschnitt einen größten Querschnitt an einer Stelle (A) aufweist, die von dem Backenabschnitt am weitesten entfernt ist, und einen kleinsten Querschnitt an einer Stelle (B), die dem Backenabschnitt am nächsten liegt.
einer Drehfeder mit wenigstens einem Windungsabschnitt (12), einem ersten Arm (56, 60) und einem zweiten Arm (58, 62), die sich von dem Win dungssabschnitt zu einer Seite hin erstrecken,
wobei sowohl der erste als auch der zweite Arm einen Schulterabschnitt (56, 58) aufwei sen, die einander gegenüberliegend und mit Abstand angeordnet sind, sowie einen Bac kenabschnitt (64, 66), die einander zugewandt sind,
wobei sich die Arme einander überkreuzen, so daß dann, wenn die Schulterabschnitte auf einander zu bewegt werden, die Backenabschnitte sich voneinander weg in eine offene Stellung bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsabschnitt (12) einen ungleichförmigen Quer schnitt aufweist, wobei der Windungsabschnitt einen größten Querschnitt an einer Stelle (A) aufweist, die von dem Backenabschnitt am weitesten entfernt ist, und einen kleinsten Querschnitt an einer Stelle (B), die dem Backenabschnitt am nächsten liegt.
6. Aneurysmaklammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsab
schnitt (12) aus einem gewickelten Metallblech (30) im wesentlichen gleichmäßiger Dicke
besteht, wobei die Dickenrichtung axial zu dem Windungsabschnitt verläuft, und wo
bei das Blech quer zur Dickenrichtung eine veränderliche Breite hat, um einen maximalen
Querschnitt und einen minimalen Querschnitt zu bilden.
7. Aneurysmaklammer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder,
der Windungsabschnitt und der erste und zweite Arm aus einem Stück bestehen und aus
einem Stück Federstahl im wesentlichen gleichförmigen Querschnitts hergestellt sind.
8. Aneurysmaklammer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Klammer durch Biegen einstückig aus Stahl mit im wesentlichen gleichförmigem Quer
schnitt hergestellt ist.
9. Aneurysmaklammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsab
schnitt (12) aus einem gewickelten Metallblech veränderlicher Dicke besteht, wobei die
Dickenrichtung axial zu dem Windungsabschnitt verläuft, und wobei das Blech im we
sentlichen quer zu dem Windungsabschnitt eine im wesentlichen gleichmäßige Breite hat.
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