Die Erfindung betrifft nachgiebige Werkzeuge, insbesondere Hebel zum Über- tragen von Kräften und/oder Bewegungen gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 .

Stand der Technik

Anordnungen, bei denen nachgiebige Bauelemente verwendet werden, um eine Kraftübertragung zwischen z. B. zwei Hebelarmen bzw. eine Bewegung solcher Arme zu ermöglichen sind seit langem bekannt.

Ein typischer Einsatz für solche Anordnungen ist ein mikromechanisches Bie- gefedergelenk, wie es bei Beschleunigungsmessern oder dynamisch abge- stimmten mechanischen Kreiseln zum Einsatz kommt und aus der EP 0 275 338 AI, der US 4 261 211 A, der EP 1 887 398 AI oder der DE 2 653 427 AI bekannt ist. Eine ähnliche Anordnung ist aus der FR 2 666 630 AI oder der US 5 620 169 AI bekannt. Diesen Baugruppen ist ein hoher Grad an Symmetrie zueigen, der sich aus dem Einsatz ergibt. Diese Anwendungen sind allerdings nicht planar, sondern führen zu Bewegungen im dreidimensionalen Raum, was im vorliegenden Fall nicht die Aufgabe der Erfindung ist.

Grundsätzlich bekannt ist auch, dass nachgiebige Verbindungen für Werkzeuge eingesetzt werden können, wie z. B. aus der US 3 906 957 A oder der US 4 526 172 A. Auch diesen Werkzeugen ist ein gewisser Grad an Symmetrie zueigen, der aus der herkömmlichen Vorlage der entsprechenden Werkzeuge herrührt und nicht überwunden werden sollte. Solche Werkzeuge können als planare Anwendungen angesehen werden, bei denen die Bewegung grundsätzlich in einer Ebene stattfindet. Derartige planare Werkzeuganwen- düngen weisen - gegenüber herkömmlichen Mechanisierungen mit einem Gelenk etc. - bereits zahlreiche Vorteile auf, wie z. B. bessere Abnutzungseigenschaften, die Vermeidung von Rückpralleffekten, die Vermeidung bzw. die Verringerung von Einsatzgeräuschen, die Vermeidung des Freisetzens von Teilchen etc., die einfache Wartung, Reinigung und Herstellung, die höhere Präzision. Die einfachere Wartung und Reinigung kann insbesondere bei chirurgischen Instrumenten eine essentielle Eigenschaft sein, wenn sie z. B. die Desinfektion einschliesst. Dazu kommt in diesem Fall noch das Fehlen von Zwischenräumen, die zu Verletzungen führen können sowie die Möglichkeit, einfachere Entsorgung zu ermöglichen.

Allerdings weisen die nachgiebigen Werkzeuge gemäss dem Stand der Tech- nik einige Nachteile auf. Insbesondere scheinen die Anforderungen an ein einfaches Layout, gute Verformbarkeit bei gleichzeitig einer kräftigen Auslegung des Werkzeugs, geringe Anforderungen an das Material und ein geringes Gewicht mit den im Stand der Technik beschriebenen Werkzeuge noch nicht optimal zu sein.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, nachgiebige Werkzeuge, bei denen prinzipiell zwei - oder mehr - feste, steife Bauelemente, wie beispielsweise die Hebel und Griffe einer Zange, als Ersatz für ein Gelenk mittels nachgiebiger Elemente miteinan- der verbunden sind, in dem oben genannten Sinne zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Werkzeugart nach Anspruch 1 gelöst. Dabei haben die Massnahmen der Erfindung zunächst einmal zur Folge, dass dadurch, dass sich die Mittellinien der Verbindungselemente in einem Punkt schneiden und der Schnittpunkt auf der Oberfläche eines ersten der steifen Bauelemente oder in einem kleinen Abstand dazu liegt, eine optimale Ausnutzung der geometrischen Verhältnisse ermöglicht wird.

Nachgiebige Mechanismen realisieren die geforderte Bewegung über die elasti- sehe Deformation von Strukturkomponenten. Bei ihrem Design müssen hauptsächlich folgende Aspekte beachtet werden: 1 . Der Mechanismus muss in der Lage sein, die von ihm geforderte Bewegung ohne Schaden zu überstehen.

2. Der Mechanismus muss in der Lage sein, Betriebslasten ohne Schaden zu ertragen.

3. Der Mechanismus muss eine bestimmte Steifigkeit in der bevorzugten

Bewegungsrichtung aufweisen (vergleichbar mit einer Rückstell kraft). 4. Der Mechanismus sollte in alle Richtungen, welche von der bevorzugten Bewegungsrichtung abweisen, eine möglichst hohe Steifigkeit haben, um so ungewollte Verformungen zu vermeiden.

Die in der vorliegenden Erfindung vorgestellte Auslegung begünstigt vor allem die Aspekte 2 und 4. Die nachgiebigen Verbindungselemente interagieren durch die vorgestellte Anordnung, so dass sie einen Bewegungsfreiheitsgrad des Mechanismus ermöglichen, aber Verformungen, die nicht diesen Bewegungsfrei- heitsgrad betreffen, durch eine sehr hohe Struktursteifigkeit behindern (Aspekt 4). Das beschriebene Strukturverhalten hat impliziert positive Auswirkungen auf Aspekt 2, da die Deformation der nachgiebigen Verbindungselemente fast unabhängig von den auftretenden Operationslasten gegeben ist. Die Designanforderungen (Aspekte 2 und 4) werden ideal begünstig, wenn sich infinitesimal dünne Verbindungselemente genau in ihrem Schnittpunkt mit der Oberfläche des im Wesentlichen steifen Bauelements verbunden sind. Dies ist allerdings bei Betrachtung von Realstrukturen nicht möglich. Die Verbindungselemente sind immer mit finiten Dicken versehen, so dass sich der Schnittpunkt der Mittellinien der Verbindungselemente immer in einem kleinen Abstand zur Oberfläche der im Wesentlichen steifen Bauelemente befindet.

Die positive Auswirkung des Designs auf die Aspekte 2 und 4 bleibt für gewöhnlich erhalten, wenn der Abstand des Schnittpunkts die zehnfache dünnste Breite der Verbindungselemente nicht überschreitet. Je geringer der Abstand umso besser die Auswirkung auf Aspekt 2 und 4. Bei der Bestimmung der Form der nachgiebigen Verbindungselemente sind alle Aspekte 1 bis 4 zu berücksichtigen. Eine weitere Abgrenzung zu bereits bestehenden Gelenkkonfigurationen (wie beispielsweise dem aus der DE 2 653 427 AI bekannten Gelenk) ist es, dass eine Kinematik realisiert werden kann, bei der sich der Drehpunkt der im Wesentlichen steifen Bauelemente zueinander an der Oberfläche eines der im Wesentlichen steifen Bauelemente oder zumindest in einem kleinen Abstand dazu befindet.

Vorteilhaft ist es, wenn der genannte Schnittpunkt der Mittellinien der Verbindungselemente - wenn schon nicht genau auf der Oberfläche so doch in einem Abstand von maximal dem zehnfachen der dünnsten Breite der Verbindungs- elemente, vorzugsweise dem fünffachen der dünnsten Breite der Verbindungselemente, höchst vorzugsweise dem doppelten der dünnsten Breite der Verbindungselemente zum ersten Bauelement oder aber im Bereich des ersten Bauelementes liegt. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung liegt vor, wenn der Schnittpunkt der Verbindungselemente zwischen den zwei steifen Bauelementen liegt und die Verbindung zwischen dem Schnittpunkt der Verbindungselemente und einem Bauelement im Wesentlichen steif ausgestaltet ist. Vorteilhaft ist es, wenn der genannte Schnittpunkt der Mittellinien der Verbindungselemente in einem Abstand von maximal dem Zehnfachen der dünnsten Breite der Verbindungselemente, vorzugsweise dem Fünffachen der dünnsten Breite der Verbindungselemente, höchst vorzugsweise dem doppelten der dünnsten Breite der Verbindungselemente zum ersten Bauelement oder aber im Bereich des ersten Bauelementes liegt. Gemäss einer bevorzugten Ausführung sind die steifen Bauelemente Greif- bzw. Halteelemente, die vorteilhafterweise zusammen mit den nachgiebigen Verbindungselementen so ausgelegt sind, dass eine Greif- bzw. Haltefunktion durch eine relative Bewegung der Greif- bzw. Halteelemente ausgeübt wird.

In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemässen Werkzeugs sind weitere nachgiebige Verbindungselemente vorgesehen. Dabei bilden jeweils zwei der Verbindungselemente mit einem Teilstück eines der Bauelemente derart ein Dreieck, dass eine der Ecken des Dreieckes im Bereich des anderen Bauele- mentes oder zumindest in einem kleinen Abstand liegt, wiederum normalerweise in einem Abstand von maximal dem zehnfachen der dünnsten Breite der Verbindungselemente, vorzugsweise dem fünffachen der dünnsten Breite der Verbindungselemente, höchst vorzugsweise dem doppelten der dünnsten Breite der Verbindungselemente zum ersten Bauelement.

In diesem Sinne sind die Eckpunkte der Dreiecke Synonyme für die Schnittpunkte gemäss Anspruch 1 . Durch diese Beschreibung wird also kein geänderter Sachverhalt beschrieben. Vielmehr soll angedeutet werden, dass die Dreiecke auch solche mit nicht geraden Kanten einschliessen sollen, wie sie z.B. als Ku- geldreiecke der sphärischen Trigonometrie bekannt sind.

Ein vorteilhaftes, kombiniertes Werkzeug kann so ausgebildet werden, dass ein oder mehrere weitere Greif- und/oder Krafteinwirkungselement an - zumindest - einem der steifen Bauelemente angeordnet ist.

Vorteilhaft ist auch eine Kombination von Werkzeugen, die zwei oder mehr Werkzeuge der vorstehend beschriebenen Art umfassen.

Als ganz besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz eines solchen Werkzeuges herausgestellt, wenn der Hebel als Handgriff für die minimal invasive, insbesondere für die laparoskopische Chirurgie ausgebildet ist. Die Bewegung des He- bels gemäss diesem Aspekt der Erfindung wird vorzugsweise mittels einer Zug- /Druckstange - ganz allgemein durch ein geeignetes Übertragungselement - an das so genannte "distale" Ende des Instruments übertragen, das sich während des chirurgischen Eingriffs im menschlichen Körper befindet. Das "distale" Ende kann je nach Zweck verschiedene Formen annehmen. Typische distale Enden sind Nadelhalter, Scheren oder Zangen zur Entnahme von Gewebeproben.

Als stoffschlüssige Verbindungen werden im Sinne dieser Schrift alle Verbindungen angesehen, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder moleku- lare Kräfte zusammengehalten werden. Darunter fallen - neben der Herstellung aus einem Stück - alle nicht lösbaren Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen, einschliesslich Verbindungen durch Löten, Schweissen, Kleben, allenfalls auch Vulkanisieren etc. Die vorbenannten sowie die beanspruchten und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäss zu verwendenden Elemente unterliegen in ihrer Grösse, Formgestaltung, Materialverwendung und ihrer technischen Konzeption - über die Merkmale der Patentansprüche - keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dazu ge- hörenden Zeichnungen, in denen - beispielhaft - erfindungsgemässe Vorrichtungen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine Grundform eines Werkzeugs mit zwei steifen Bauelementen, die mittels zweier nachgiebiger Verbindungselemente stoffschlüssig miteinander sind; Figur 2 eine erste Variation des Werkzeugs mit zwei steifen Bauelementen, die mittels dreier nachgiebiger Verbindungselemente stoffschlüssig miteinander sind; Figur 3 eine zweite Variation des Werkzeugs mit zwei steifen Bauelementen, die ebenfalls mittels dreier nachgiebiger Verbindungselemente stoffschlüssig miteinander sind;

Figur 4 eine weitere Variante des Werkzeugs mit zwei steifen Bauelemen- ten, die mittels zweier nachgiebiger Verbindungselemente stoffschlüssig miteinander sind, wobei der Schnittpunkt der beiden Verbindungselemente auf einem vorgeschobenen Bereich des einen Bauelementes liegt; und Figur 5 eine Variante des Werkzeugs gemäss Figur 4.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Figur 1 ist ein einfaches Ausführungsbeispiel eines Werkzeuges gemäss der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Werkzeug ist als Hebelwerkzeug mit zwei als Hebel ausgebildeten, im Wesentlichen steifen Bauelementen 10 und 12 dargestellt, wobei die genaue Wirkweise der Hebel nicht gesondert dargestellt wird, da sie herkömmlich oder auch - dem Einsatzbereich des Werkzeuges gemäss - speziell sein kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel könnte das Werkzeug so ausgebildet sein, dass die längeren Teilstücke der steifen Bauele- mente zum - beispielsweise händischen - Zusammendrücken vorgesehen sind und die kürzeren Teilstücke zum - durch die Hebelwirkung verstärkten - Auseinaderdrücken, wobei auf die Darstellung von Hilfsmitteln, wie Handgriffe etc. verzichtet wurde. Das dargestellte Werkzeug kann - mittels entsprechender Hilfsmittel - als Greifwerkzeug oder als Haltewerkzeug ausgebildet sein. In diesem Fall könnten die beiden Bauelemente 10 und 12 sich - durch eine Auslegung der Verbindungselemente 14 und 16 - an einer Seite berühren, solange keine Kraft ausgeübt wird. Die beiden Bauelemente sind stoffschlüssig mittels zweier nachgiebiger Verbindungselemente 14 und 16 miteinander verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die Verbindungselemente 14 und 16 mit einem Teilbereich des steifen Bauelementes 12 ein Dreieck, dessen eine Ecke, näm lich der Schnittpunkt der beiden Verbindungselemente, auf der Oberfläche des Bauele- mentes 10 zusammenfällt. Dieses Zusammenfallen ist nicht notwendigerweise exakt, sondern kann auch in einem kleinen Abstand zur Oberfläche ausgebildet sein. Dabei wird dieser Abstand normalerweise nicht grösser sein als das Zehnfache der geringsten Breite der nachgiebigen Verbindungselemente 12 und 14, vorzugsweise nicht mehr als das Fünffache und höchst vorzugsweise nicht mehr als das Doppelte. Dabei kann dieser kleine Abstand sowohl nach aussen, also vom Bauelement 10 weg als auch in das Bauelement 10 hinein ausgebildet sein. In dem Fall, dass der kleine Abstand nach aussen ausgebildet ist, kann - als besondere Ausgestaltung - vorgesehen sein, die Teilbereiche vom Schnittpunkt, also der Ecke 18 des Dreieckes bis zur Oberfläche des Bauelementes 10, nicht nachgiebig, sondern steif auszubilden, da die Nachgiebigkeit in diesem Bereich nicht erwünscht sein könnte.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind nicht nur zwei nachgiebige Verbindungselemente vorgesehen, sondern eine Vielzahl davon. In dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei solche Verbindungselemente 22, 24 und 26 dargestellt. Dabei sind jeweils zwei der Verbindungselemente 22, 24, 26 mit einem Teilstück des Bauelementes 10 derart verbunden, dass sie - wiederum jeweils mit einem Teilstück des Bauelementes 12 - ein Dreieck bilden. Jeweils eine der beiden Ecken 18, 28 der Dreiecke liegen auf der Oberfläche des Bauelementes 10 oder in einem kleinen Abstand dazu. Auch hier ist dieses Zusammenfallen nicht notwendigerweise exakt, sondern kann auch in einem kleinen Abstand zur Oberfläche ausgebildet sein. Wiederum wird der Abstand normalerweise nicht grösser sein als das Zehnfache der geringsten Breite der nachgiebigen Verbindungselemente 22, 24, bzw. 26, vorzugsweise nicht mehr als das Fünffache und höchst vorzugsweise nicht mehr als das Dop- pelte. Dabei kann dieser kleine Abstand sowohl nach aussen, also vom Bauelement 10 weg als auch in das Bauelement 10 hinein ausgebildet sein.

Die Ausführungsform gemäss den Figuren 2 und 3 und auch Ausführungsformen mit mehr als 3 nachgiebigen Verbindungselementen zeichnen sich dadurch aus, dass die Kraft- und Hebelwirkungen sowie die Bewegungskurven zusammen mit der Materialauswahl der Verbindungselemente, die gleiche wie auch unterschiedliche Materialien wie die Bauelemente 10 und 12 aufweisen können, optimiert an die Anforderungen an das spezifische Werkzeug angepasst werden können. Als Materialien kommen - ohne Beschränkung darauf - Metalle mit elas- tischen Eigenschaften sowie Kunststoffe mit solchen Eigenschaften, aber auch keramische Werkstoffe oder Kombinationen davon oder ähnliches zum Einsatz.

In den Figuren 2 und 3 sind Bohrungen 30 - jeweils an unterschiedlichen Stellen - dargestellt, in denen weitere Mittel aufgenommen werden können, um das Werkzeug den Anforderungen und Gegebenheiten anzupassen, bei chirurgischen Instrumenten z.B. einen Faden, aber auch beliebige andere Mittel, die für Werkzeuge bekannt sind, ohne den Einsatzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. In den Figuren 4 und 5 ist eine alternative Ausführungsform des Werkzeugs mit zwei steifen Bauelementen, die mittels zweier nachgiebiger Verbindungselemente stoffschlüssig miteinander sind, wobei der Schnittpunkt der beiden Verbindungselemente auf einem vorgeschobenen Bereich des einen Bauelementes liegt. Diese Ausführungsform kann man so auffassen, dass der Schnittpunkt 18 der Verbindungselemente 14, 16; 22, 24 zwischen den beiden steifen Bauelementen 10, 12 liegt und die Verbindung zwischen dem Schnittpunkt 18 der Ver- bindungselemente 14, 16; 22, 24 und einem Bauelement 10 im Wesentlichen steif ausgestaltet ist oder aber so, dass die Verbindung eben einem der steifen Bauelemente zugerechnet wird. Insofern weist diese Ausführung lediglich eine konstruktive Variation auf, ohne die funktionalen Gegebenheiten der Erfindung zu verlassen.

Wenn - gemäss einer speziellen Ausführungsform der Erfindung - bei dem Werkzeug der Hebel als Handgriff für die minimal invasive, insbesondere für die laparoskopische Chirurgie ausgebildet ist, dann kann die Bewegung des Hebels in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Zug-/Druckstange - ganz allgemein durch ein geeignetes Übertragungselement - an das so genannte "distale" Ende des Instruments übertragen werden, das sich während des chirurgischen Eingriffs im menschlichen Körper befindet. Das "distale" Ende kann in diesem Ausführungsbeispiel je nach Zweck verschiedene Formen annehmen. Typische dis- tale Enden sind Nadelhalter, Scheren oder Zangen zur Entnahme von Gewebeproben.

Bezugszeichenliste

10 erstes im Wesentlichen steifes Bauelement

12 zweites im Wesentlichen steifes Bauelement

14 nachgiebiges Verbindungselement

16 nachgiebiges Verbindungselement

18 Schnittpunkt, Eckpunkt eines Dreieckes

22 nachgiebiges Verbindungselement

24 nachgiebiges Verbindungselement

26 nachgiebiges Verbindungselement

28 Schnittpunkt, Eckpunkt eines Dreieckes

30 Bohrungen