DE102014114767A1

DE102014114767A1 - Endoscopic instrument with a membrane drive

Info

Publication number: DE102014114767A1
Application number: DE102014114767.7A
Authority: DE
Inventors: Xaver Kroischke
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2016-04-14
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: DE102014114767B4

Abstract

Ein endoskopisches Instrument weist einen Hohlschaft (12) auf, an dessen distalem Endbereich (16) ein bewegbares Arbeitselement (14) angeordnet ist, das über einen Linearantrieb (20) bewegbar ist. Dieser weist ein radial expandierbares schlauchstückartiges Membranelement (22) auf, dessen Innenraum (41) durch ein Druckmedium (40) beaufschlagbar ist. Ein Ende (42) des Elementes (22) steht mit dem bewegbaren Arbeitselement (14) in Wirkverbindung. Es wird vorgeschlagen, dass das radial expandierbare, schlauchstückartige Membranelement (22) um die Außenseite (18) des Hohlschaftes (12) angeordnet ist und dass das Druckmedium (40) zwischen die Außenseite (18) des Hohlschaftes (12) und die Innenseite (23) des expandierbaren schlauchstückartigen Membranelementes (22) bringbar ist, so dass ein Innenraum (13) des Hohlschaftes (12) zur Aufnahme weiterer Gerätschaften voll nutzbar ist.An endoscopic instrument has a hollow shaft (12), on whose distal end region (16) a movable working element (14) is arranged, which is movable via a linear drive (20). This has a radially expandable tubular piece-like membrane element (22), the interior (41) by a pressure medium (40) can be acted upon. One end (42) of the element (22) is in operative connection with the movable working element (14). It is proposed that the radially expandable, tubular piece-like membrane element (22) is arranged around the outside (18) of the hollow shaft (12) and that the pressure medium (40) between the outside (18) of the hollow shaft (12) and the inside (23 ) of the expandable tubular piece-like membrane element (22) can be brought, so that an inner space (13) of the hollow shaft (12) for receiving further equipment is fully usable.

Description

Die Erfindung betrifft ein endoskopisches Instrument, mit einem Hohlschaft, an dessen distalem Endbereich ein bewegbares Arbeitselement angeordnet ist, das über einen Linearantrieb bewegbar ist, wobei der Linearantrieb ein radial expandierbares schlauchstückartiges Membranelement aufweist, dessen Innenraum durch ein Druckmedium beaufschlagbar ist, wobei ein Ende des Membranelements mit dem bewegbaren Arbeitselement derart in Wirkverbindung steht, dass ein Verändern der Länge des Membranelementes in eine Bewegung des bewegbaren Arbeitselementes umsetzbar ist.The invention relates to an endoscopic instrument, with a hollow shaft, at the distal end portion of which a movable working element is movable, which is movable via a linear drive, wherein the linear drive has a radially expandable tubular piece membrane element, the interior of which is acted upon by a pressure medium, wherein one end of the Membrane element is operatively connected to the movable working element such that a change in the length of the membrane element in a movement of the movable working element can be implemented.

Ein derartiges Instrument ist aus der US 5 031 510 B bekannt.Such an instrument is from the US 5 031 510 B known.

Endoskopische Instrumente haben eine weite Verbreitung gefunden.Endoscopic instruments have found widespread use.

Ein Einsatzgebiet ist der medizinische Bereich.A field of application is the medical field.

Bei minimalinvasiven Eingriffen werden die endoskopischen Eingriffe über eine möglichst kleine Öffnung in einen Körper eingeführt. Dazu wird meist ein Trokar, also im Wesentlichen eine hohle Hülse, in den Körper eingesetzt, durch den der Hohlschaft des endoskopischen Instruments in den Körper eingeschoben werden kann. Bei den minimalinvasiven Eingriffen liegen die Durchmesser der Öffnungen, durch die die Schäfte der endoskopischen Instrumente eingeschoben werden, maximal im Bereich von etwa 25 bis 30 mm.In minimally invasive procedures, the endoscopic procedures are introduced through a small opening in a body. For this purpose, usually a trocar, that is essentially a hollow sleeve, is inserted into the body, through which the hollow shaft of the endoscopic instrument can be inserted into the body. In the minimally invasive procedures, the diameters of the openings through which the shafts of the endoscopic instruments are inserted are at most in the range of about 25 to 30 mm.

Um bei minimalinvasiven Eingriffen im Bauchraum ein größeres Operationsfeld zugänglich zu machen und um die Flexibilität zu erhöhen, werden die dabei eingesetzten endoskopischen Instrumente zunehmend mit mehreren Bewegungsfreiheitsgraden ausgeführt. Bei bekannten Aufbauten wird eine Bewegung außerhalb des eigentlichen Instrumentes erzeugt, beispielsweise durch einen zangenartigen Griff, der vom Chirurg ergriffen ist und die Bewegung der Griffteile wird durch Bowdenzüge oder Schub-Zugstangen in das Instrument geleitet. Dieser Ansatz ist jedoch bei vielen Freiheitsgraden des Instrumentes wegen der vielfachen Umlenkung der eingeleiteten Kraft nicht mehr praktikabel, da ein Großteil der eingesetzten Kraft bei der Umlenkung durch Reibung verloren geht. Da durch den Hohlschaft neben den Antriebselementen oft auch noch andere Bauteile hindurchgeführt werden müssen, beispielsweise eine Optik, und bei chirurgischen Eingriffen auch Spül- und Saugkanäle notwendig sind, herrscht bei den nur geringen lichten Innendurchmessern in den Hohlschäften ein großes Gedränge an Bauteilen.In order to make a larger operating field accessible in minimally invasive abdominal procedures and to increase flexibility, the endoscopic instruments used are increasingly being designed with multiple degrees of freedom of movement. In known constructions, movement is generated outside of the actual instrument, for example by a forceps-like handle gripped by the surgeon, and movement of the handle members is directed through Bowden cables or push-pull rods into the instrument. However, this approach is no longer practicable with many degrees of freedom of the instrument because of the multiple deflection of the introduced force, since a large part of the force used in the deflection by friction is lost. Since in addition to the drive elements often other components must be passed through the hollow shaft, for example, an optics, and in surgical interventions also rinsing and suction channels are necessary prevails at the only small internal diameters inside the hollow shanks a large crowd of components.

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die sog. technische Endoskopie.Another field of application is the so-called technical endoscopy.

Darunter wird verstanden, mit Apparaturen, die für minimalinvasive chirurgische Zwecke entwickelt worden sind, nun auch außerhalb des medizinischen Bereiches Beobachtungen und Manipulationen durchzuführen. Beispiele sind die Inspektionen von Hohlräumen in Gebäuden oder in Gerätschaften wie beispielsweise Fahrzeuge, die nur über durchmessergeringe Zugangsöffnungen erreicht werden können. Das sind beispielsweise relativ durchmessergeringe Bohrungen in Motorblöcken oder Entlüftungsöffnungen in hohlraumversiegelten Bauteilen wie beispielsweise Autotüren. Bei all diesen Einsatzbereichen besteht das Problem, dass nur ein äußerst beschränkter Durchmesser zum Einführen des Hohlschaftes zur Verfügung steht.This is understood to be used to conduct observations and manipulations outside of the medical field with equipment that has been developed for minimally invasive surgical purposes. Examples are the inspections of cavities in buildings or in equipment such as vehicles, which can be achieved only through low-diameter access openings. These are, for example, relatively small diameter holes in engine blocks or vents in cavity-sealed components such as car doors. In all these applications there is the problem that only a very limited diameter is available for insertion of the hollow shaft.

Daher ist es sinnvoll, die Antriebe für das Arbeitselement direkt am zu bewegenden Gelenk oder Werkzeug, also distal, am Hohlschaft zu platzieren. Zum Antrieb sind dabei wegen ihrer hohen Leistungsdichte und der damit hohen Kompaktheit fluidische Aktoren geeignet. Therefore, it makes sense to place the drives for the working element directly on the joint or tool to be moved, ie distally on the hollow shaft. To drive this fluidic actuators are due to their high power density and thus high compactness suitable.

Bei der eingangs erwähnten US 5 031 510 B ist innerhalb des Hohlschaftes ein Linearantrieb angeordnet, der ein radial expandierbares, schlauchstückartiges Membranelement aufweist. An einem Ende ist der Linearantrieb fest im Hohlschaft fixiert. Am gegenüberliegenden beweglichen Ende ist er mit dem Arbeitselement verbunden. Der Innenraum des Membranelements ist durch ein Druckmedium beaufschlagbar und bläht sich dabei radial auf. Beim radialen Aufblähen verkürzt sich das Membranelement axial, wobei diese Längenveränderung zur Steuerung der Bewegung des Arbeitselementes herangezogen wird.At the beginning mentioned US 5 031 510 B a linear drive is arranged within the hollow shaft, which has a radially expandable, tubular piece-like membrane element. At one end of the linear drive is firmly fixed in the hollow shaft. At the opposite movable end it is connected to the working element. The interior of the membrane element can be acted upon by a pressure medium and thereby inflates radially. During radial expansion, the membrane element shortens axially, this change in length being used to control the movement of the working element.

Dabei ist das eine bewegliche Ende des Membranelementes mit dem Arbeitselement verbunden. Beim radialen Expandieren des Membranelementes wird das Werkzeug nach proximal bewegt, beim radialen Entspannen wird das Werkzeug nach distal bewegt.In this case, the one movable end of the membrane element is connected to the working element. During radial expansion of the membrane element, the tool is moved proximally, the radial relaxation, the tool is moved distally.

Soll das Werkzeug, beispielsweise bei einer Fasszange, seitlich gespreizt, also geöffnet und geschlossen werden, ist ein entsprechender Gelenkmechanismus zwischengeschaltet.If the tool, for example, in a forceps, laterally spread, so open and closed, a corresponding hinge mechanism is interposed.

Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, dass das expandierbare Membranelement nahezu den gesamten Querschnitt des Innenraums des Hohlschaftes belegt, auf jeden Fall im radial expandierten, also aufgeblähten Zustand.A disadvantage of this construction is that the expandable membrane element occupies almost the entire cross section of the interior of the hollow shaft, in any case in the radially expanded, ie inflated state.

Daher steht im Innern des Hohlschaftes kein weiterer Raum zur Verfügung, um andere Gerätschaften durch den Hohlraum hindurchzuführen. Therefore, there is no further space available inside the hollow shaft for passing other implements through the cavity.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und ein endoskopisches Instrument der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass bei einem effektiven und leistungsstarken Linearantrieb dennoch ausreichend Platz im Innern des Hohlschaftes für weitere Gerätschaften wie beispielsweise Instrumente und/oder Arbeitskanäle zur Verfügung steht.It is therefore an object of the present invention to remedy this situation and form an endoscopic instrument of the type mentioned in that with an effective and powerful linear drive still sufficient space inside the hollow shaft for other equipment such as instruments and / or working channels is available ,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das radial expandierbare, schlauchstückartige Membranelement um die Außenseite des Hohlschaftes angeordnet ist und dass das Druckmedium zwischen die Außenseite des Hohlschaftes und die Innenseite des Membranelementes bringbar ist, so dass ein Innenraum des Hohlschaftes nutzbar ist.According to the invention the object is achieved in that the radially expandable, tubular piece-like membrane element is arranged around the outside of the hollow shaft and that the pressure medium between the outside of the hollow shaft and the inside of the membrane element can be brought, so that an interior of the hollow shaft is usable.

Das Anordnen des Membranelementes des Linearantriebes an der Außenseite des Hohlschaftes eröffnet nun einen komplett zur Verfügung stehenden Innenraum des Hohlschaftes. Dieser Innenraum kann insbesondere zur Aufnahme weiterer Instrumente und/oder Arbeitskanäle genutzt werden. Das Membranelement selbst ist als relativ dünnes Bauelement auszugestalten.The arrangement of the membrane element of the linear drive on the outside of the hollow shaft now opens up a completely available interior of the hollow shaft. This interior can be used in particular for receiving further instruments and / or working channels. The membrane element itself is to be designed as a relatively thin component.

Dadurch ist der Bauraum für den Linearantrieb an der Außenseite des Hohlschaftes in radialer Richtung gesehen äußerst gering. Auch die weiteren Bauteile des Linearantriebs, die notwendig sind, um das Membranelement an der Außenseite eines Hohlschaftes zu befestigen, sind als relativ dünne ringartige Elemente ausbildbar.As a result, the space for the linear drive on the outside of the hollow shaft seen in the radial direction is extremely low. The other components of the linear drive, which are necessary to attach the membrane element to the outside of a hollow shaft, can be formed as a relatively thin annular elements.

Somit belegt ein um die Außenseite des Hohlschafts angeordneter Linearantrieb im Querschnitt gesehen nur einen relativ kleinen Flächenbereich des endoskopischen Instrumentes und lässt einen sehr großen Raum im Innern des Hohlschaftes für weitere Gerätschaften zur Verfügung. Der Durchmesser der zur Verfügung stehenden Öffnung, durch die das endoskopische Instrument eingeführt werden soll, bestimmt ja den maximalen Außendurchmesser des Instrumentes in dem Bereich, in dem der Linearantrieb an der Außenseite des Hohlschaftes montiert ist. Wie erwähnt, ist das im medizinischen Bereich üblicherweise eine Trokarhülse oder eine kleine Inzision, im technischen Bereich eine Zugangsbohrung zum Innenraum eines technischen Gerätes. Da beim Einführen durch diese engen Öffnungen das Arbeitselement üblicherweise nicht bewegt ist, wird es in einen Zustand gebracht, in dem es innerhalb des maximalen Außendurchmessers des Instrumentes zum Liegen kommt. Bei einem zangen- oder scherenartigen Instrument wäre das der geschlossene Zustand der Maulteile. Es ist nun möglich, den Linearantrieb bzw. das Membranelement dazu in dem nicht expandierten, also nicht gedehnten Zustand heranzuziehen. In diesem Zustand schmiegt sich das schlauchstückartige Membranelement sehr eng an die Außenseite des Hohlschaftes heran und lässt somit einen relativ großen inneren Hohlraum bei einem bestimmten maximalen Außendurchmesser des Gerätes entstehen. Nach Durchführen des endoskopischen Instrumentes durch die Eingangsöffnung steht ja üblicherweise ein viel größerer Raum um den Hohlschaft herum zur Verfügung, in dem die Beobachtungen oder Manipulationen durchgeführt werden sollen.Thus, a arranged around the outside of the hollow shaft linear drive seen in cross-section only a relatively small area of the endoscopic instrument and leaves a very large space in the interior of the hollow shaft for other equipment available. The diameter of the available opening through which the endoscopic instrument is to be introduced determines the maximum outside diameter of the instrument in the region in which the linear drive is mounted on the outside of the hollow shaft. As mentioned, in the medical field this is usually a trocar sleeve or a small incision, in the technical field an access bore to the interior of a technical device. Since the working element is usually not moved during insertion through these narrow openings, it is brought into a state in which it comes to rest within the maximum outer diameter of the instrument. In a pliers or scissors-like instrument that would be the closed state of the jaws. It is now possible to use the linear drive or the membrane element in the unexpanded, ie not stretched state. In this state, the tubular membrane-like element snuggles very close to the outside of the hollow shaft and thus allows a relatively large internal cavity arise at a certain maximum outside diameter of the device. After passing the endoscopic instrument through the entrance opening, there is usually a much larger space around the hollow shaft in which the observations or manipulations are to be carried out.

Im medizinischen Bereich ist das eine innere Körperhöhle, beispielsweise der Bauchraum, bei Motoren ein Verbrennungsraum oder ein innerer Hohlraum eines Bauelementes eines Fahrzeuges wie beispielsweise eine Tür.In the medical field, this is an inner body cavity, for example the abdominal cavity, in motors a combustion chamber or an inner cavity of a component of a vehicle such as a door.

Es ist möglich, das Membranelement relativ weit radial zu expandieren, ohne dass Kollisionen mit dem den Hohlraum umgebenden Wandungen bestehen. Es ist selbstverständlich, dass in diesem Zustand das Instrument nicht über die Zugangsöffnung abgezogen werden könnte, was aber nicht notwendig ist. Das Maß der radialen Expansion ist ja mit einer linearen Verkürzung des schlauchstückartigen Membranelementes verbunden und bestimmt somit den Hub des Linearantriebes. Durch das Druckmedium können die notwendigen Kräfte zur Bewegung des Linearantriebes bereitgestellt werden, auch wenn der Gesamtdurchmesser des endoskopischen Instrumentes im Bereich des Linearantriebes nur wenige Millimeter beträgt. Wie nachfolgend noch erläutert wird, weist der Linearantrieb eine äußerst günstige Kennlinie auf, da bereits bei geringen Kontraktionen des Linearantriebes sehr hohe Kräfte bereitgestellt werden können. Da bei solchen endoskopischen Instrumenten die Aktuationswege üblicherweise sehr klein sind, also im Bereich von nur einigen Millimetern liegen, steht eine ausreichende Kraft zur Verfügung, um das Arbeitselement zu bewegen. Sollen beispielsweise mit einem dünnschaftigen endoskopischen Instrument durch ein scherenartiges Arbeitselement harte Knorpelstücke beispielsweise im Nasen-Bereich abgetrennt werden, sind dazu erhebliche Kräfte notwendig, die problemlos durch eine Kontraktion bzw. entsprechendes radiales Aufblähen des Membranelements zur Verfügung gestellt werden können.It is possible to expand the membrane element relatively far radially without collisions with the walls surrounding the cavity. It goes without saying that in this condition the instrument could not be withdrawn via the access opening, but this is not necessary. The degree of radial expansion is indeed associated with a linear shortening of the tubular membrane element and thus determines the stroke of the linear drive. By the pressure medium, the necessary forces for moving the linear drive can be provided, even if the total diameter of the endoscopic instrument in the region of the linear drive is only a few millimeters. As will be explained below, the linear drive on an extremely favorable characteristic, since even at low contractions of the linear drive very high forces can be provided. Since in such endoscopic instruments the Aktuationswege are usually very small, that is in the range of only a few millimeters, is sufficient force available to move the working element. If, for example, hard cartilage pieces, for example in the nasal region, are to be separated by a scissors-type endoscopic instrument by means of a scissors-like endoscope, considerable forces are necessary for this purpose, which can be provided without difficulty by a contraction or corresponding radial expansion of the membrane element.

Durch geeignete Auswahl der Materialien, aus denen das expandierbare schlauchstückartige Membranelement hergestellt wird, steht eine große Rückstellkraft zur Verfügung, die nach einem Expandiervorgang und Beenden der Druckbeaufschlagung für eine Rückkehr des expandierten Membranelements wieder in die gestreckte lineare Ausrichtung führt. Ein Elastomer, beispielsweise ein medizinisches Silikon, weist die genügende Flexibilität auf, um radial expandiert zu werden, und zeigt eine Rückstellkraft, um nach Beendigung der Druckbeaufschlagung wieder in den geradlinig ausgestreckten Zustand zurückzukehren. Dieses Material tendiert nicht dazu, wie ein Luftballon extrem durch Materialdehnungen aufgebläht zu werden, sondern krümmt sich unter axialer Kontraktion des Membranelementes.By suitable selection of the materials from which the expandable tubular membrane element is made, a large restoring force is available which, after expansion and completion of the pressurization, results in the stretched linear alignment again for return of the expanded membrane element. An elastomer, for example a medical grade silicone, has sufficient flexibility to be expanded radially, and shows a restoring force to return to the straight extended state after completion of the pressurization. This material does not tend to be extremely inflated by material expansion like a balloon, but curves under axial contraction of the membrane element.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Körper des radial expandierbaren schlauchstückartigen Membranelements mit Fasern geringer Elastizität und hoher Zugfestigkeit versehen.In a further embodiment of the invention, the body of the radially expandable tubular piece-like membrane element is provided with fibers of low elasticity and high tensile strength.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass durch das Vorsehen solcher Fasern eine besonders hohe Rückstellkraft bereitgestellt wird.This measure has the advantage that a particularly high restoring force is provided by the provision of such fibers.

Die Fasern mit geringer Elastizität und hoher Zugfestigkeit werden beim radialen Expandieren des Membranelements bogenartig gespannt oder gekrümmt und bauen dadurch eine entsprechende Rückstellkraft auf. Die Eigenschaften des Membranelementes, sich nicht wie ein Gummimaterial luftballonartig aufzublähen, sondern unter Längenkontraktion seitlich auszubauchen, werden dadurch gefördert bzw. verstärkt. Mit diesen Eigenschaften erzielt man effektive Linearantriebe mit definierten Längenkontrak-tionen.The fibers with low elasticity and high tensile strength are stretched or curved during radial expansion of the membrane element arc and thereby build up a corresponding restoring force. The properties of the membrane element, not like a rubber material inflate like a balloon, but laterally bulge under length contraction are promoted or enhanced. With these properties you can achieve effective linear drives with defined length contraction.

Dabei können die Fasern in unterschiedlichen Mustern angeordnet werden.The fibers can be arranged in different patterns.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die Fasern in axialer Längsrichtung des expandierbaren Membranelementes und sind parallel zueinander angeordnet.In a further embodiment of the invention, the fibers extend in the axial longitudinal direction of the expandable membrane element and are arranged parallel to one another.

Diese Orientierung und Ausrichtung der Fasern ermöglichen eine effektive axiale Kontraktion des Linearantriebes und gleichzeitig wesentlich geringere Bewegungshysteresen. Ferner ist ein schnelles Ansprechen schon bei geringen Betriebsdrücken beobachtet worden. Auch die Rückstellkraft ist stark erhöht.This orientation and orientation of the fibers allow effective axial contraction of the linear drive and at the same time significantly lower Bewegungshysteresen. Furthermore, a fast response has already been observed at low operating pressures. The restoring force is also greatly increased.

Geeignete Fasermaterialien sind beispielsweise Kohlenstofffasern bzw. Karbonfasern, Fasern aus Kunststoffen aus HPPE (High Performance Polyethylen), wie sie beispielsweise unter dem geschützten Handelsnamen Dyneema auf dem Markt befindlich sind.Suitable fiber materials are for example carbon fibers or carbon fibers, fibers made of plastics from HPPE (High Performance Polyethylene), as they are, for example, under the protected trade name Dyneema on the market.

Auch Aramide (PPTA) Poly(p-phenylenterephthalamide) sind einsetzbar. Solche sind beispielsweise unter den geschützten Handelsnamen Kevlar auf dem Markt erhältlich. Die Befestigung der Verstärkungsfasern kann sowohl formschlüssig, beispielsweise durch Schlaufen, reibschlüssig durch Klemmen, als auch stoffschlüssig durch Kleben oder Anvulkanisieren oder Einbetten der Fasern in das Kunststoffmaterial erfolgen. Es sind auch Kombinationen dieser genannten Verfahren möglich.Aramides (PPTA) poly (p-phenylene terephthalamide) can also be used. Such are for example available under the protected trade name Kevlar in the market. The attachment of the reinforcing fibers can be done both positively, for example by loops, frictionally by clamping, as well as cohesively by gluing or scorching or embedding of the fibers in the plastic material. There are also combinations of these methods possible.

Besonders günstig ist es, wenn die Fasern bereits in das Material des Körpers des Membranelements eingebettet sind.It is particularly favorable if the fibers are already embedded in the material of the body of the membrane element.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Membranelement an einem Ende fest mit der Außenseite des Schaftes verbunden und das gegenüberliegende, axial bewegliche Ende ist dichtend längs der Außenseite des Schaftes bewegbar.In a further embodiment of the invention, the membrane element is connected at one end fixed to the outside of the shaft and the opposite, axially movable end is sealingly movable along the outside of the shaft.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass nur das Ende des Linearantriebes bewegbar ist, das zur Bewegung des Arbeitselementes dient.This measure has the advantage that only the end of the linear drive is movable, which serves to move the working element.

Das gegenüberliegende Ende dient dazu, um den Linearantrieb fest, sprich unbewegbar an der Außenseite des Hohlschaftes zu befestigen.The opposite end serves to firmly fixed to the linear drive, that is immovable to attach to the outside of the hollow shaft.

Da ja das Druckmedium zwischen der Außenseite des Hohlschaftes und der Innenseite des Membranelements eingeführt wird, muss eine entsprechend dichte Verbindung des Linearantriebes mit der Außenseite des Hohlschaftes bestehen. Auch hier kann die Fixierung der Enden des Linearantriebes an der Außenseite formschlüssig, reibschlüssig oder auch stoffschlüssig durch Kleben oder Anvulkanisieren erfolgen. Zwischen der Außenseite des Hohlschaftes und der Innenseite des beweglichen Endes des Linearantriebes ist eine entsprechende Dichtung, beispielsweise ein umlaufender Dichtungsring, vorzusehen.Since the pressure medium between the outside of the hollow shaft and the inside of the membrane element is introduced, a correspondingly tight connection of the linear drive with the outside of the hollow shaft must exist. Again, the fixation of the ends of the linear drive on the outside can be done form-fitting, frictional or cohesive by gluing or scorching. Between the outside of the hollow shaft and the inside of the movable end of the linear drive is a corresponding seal, for example, a circumferential sealing ring to provide.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das eine feste Ende über eine Verankerung am Instrument befestigt ist.It is particularly advantageous if one fixed end is fastened via an anchoring to the instrument.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckmedium durch diese Verankerung hindurch zuspeisbar.In a further embodiment of the invention, the pressure medium can be zuspeisbar through this anchoring.

Das hat den Vorteil, dass in dieser Verankerung bereits eine Zuführöffnung vorgesehen ist, über die das Druckmedium durch diese Verankerung hindurch in den Zwischenraum zwischen der Außenseite des Hohlschaftes und der Innenseite des Membranelements zuführbar ist.This has the advantage that in this anchorage already a feed opening is provided, via which the pressure medium can be fed through this anchorage into the intermediate space between the outside of the hollow shaft and the inside of the membrane element.

Dies kann fertigungstechnisch sehr einfach bewerkstelligt werden, also schon vor der Montage des Linearantriebes an der Außenseite des Hohlschaftes.This can be accomplished very easily in terms of production, that is, even before the assembly of the linear drive on the outside of the hollow shaft.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckmedium über den Innenraum des Schaftes zuführbar.In a further embodiment of the invention, the pressure medium via the interior of the shaft can be fed.

Dazu ist besonders vorteilhaft, dass in der Wand des Schaftes eine Öffnung in dem Bereich vorhanden ist, der von dem radial expandierbaren Element umgeben ist. For this purpose, it is particularly advantageous that in the wall of the shaft, an opening in the area is present, which is surrounded by the radially expandable element.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass an der Verankerung bzw. am Linearantrieb selbst keine Zuführöffnungen für das Druckmedium vorgesehen sein müssen, was insbesondere bei extrem schlanker Bauweise zu Stabilitätsproblemen führen könnte. Das Druckmedium wird schlicht und einfach durch eine Öffnung, beispielsweise eine Bohrung, in der Wand des Hohlschaftes zugeführt. Das zugeführte Druckmedium benötigt mechanisch keinen Platz im Innern des Hohlraumes, selbst wenn zahlreiche andere Gerätschaften im Hohlschaft, wie Spülkanäle, Optiken oder dgl., aufgenommen sind. Es ist lediglich ein Strömungspfad vorzusehen, über den das Druckmedium zu der Öffnung in dem Schaft geführt werden kann. Da ja der lichte Durchmesser eines Hohlschaftes meist kreisförmig ist und auch die weiteren durchgeführten Instrumente oder Kanäle meist einen kreisförmigen Durchmesser aufweisen, besteht zwischen diesen ausreichend Strömungsraum für das Druckmedium, ohne dass dazu der lichte Innendurchmesser des Hohlschaftes erweitert werden müsste.This measure has the advantage that no supply openings for the pressure medium must be provided on the anchorage or on the linear drive itself, which could lead to stability problems, in particular in the case of an extremely slim design. The pressure medium is simply fed through an opening, for example a bore, in the wall of the hollow shaft. The supplied pressure medium mechanically requires no space in the interior of the cavity, even if numerous other equipment in the hollow shaft, such as flushing channels, optics or the like., Are included. It is merely to provide a flow path through which the pressure medium can be guided to the opening in the shaft. Since the clear diameter of a hollow shaft is usually circular and the other instruments or channels carried out usually have a circular diameter, there is sufficient flow space for the pressure medium between them, without the clear inner diameter of the hollow shaft would have to be extended.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der Außenseite des Hohlschaftes ein Federelement angeordnet, das mit dem axial bewegbaren Bereich des Linearantriebes verbunden ist.In a further embodiment of the invention, a spring element is arranged on the outside of the hollow shaft, which is connected to the axially movable region of the linear drive.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass durch die Feder der axial bewegliche Bereich des Linearantriebes beaufschlagbar ist. Das Federelement kann beispielsweise dazu herangezogen werden, wenn das Material des Membranelementes, sei es mit oder ohne Verstärkungsfasern, keine ausreichende Rückstellkraft zur Verfügung stellt, diese durch das Federelement zu unterstützen. Sollte das Material des Membranelementes Hystereseerscheinungen zeigen oder nach mehrfachem Gebrauch nicht mehr vollständig in den linear ausgestreckten Zustand zurückkehren, kann dies durch das Federelement unterstützt werden.This measure has the advantage that the axially movable region of the linear drive can be acted upon by the spring. The spring element can be used, for example, when the material of the membrane element, be it with or without reinforcing fibers, does not provide sufficient restoring force to support it by the spring element. Should the material of the membrane element show hysteresis phenomena or no longer completely return to the linearly extended state after repeated use, this can be assisted by the spring element.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement als eine um die Außenseite des Hohlschafts gewickelte Schraubenfeder ausgebildet, die sich an den gegenüberliegenden Enden des Linearantriebes abstützt.In a further embodiment of the invention, the spring element is designed as a wound around the outside of the hollow shaft coil spring, which is supported at the opposite ends of the linear drive.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine solche Schraubenlinienfeder wenig Bauraum in radialem Bereich notwendig hat.This measure has the advantage that such a helical spring has little space in the radial area necessary.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Feder zwischen der Außenseite des Hohlschaftes und der Innenseite des expandierbaren Membranelementes angeordnet.In a further embodiment of the invention, the spring between the outside of the hollow shaft and the inside of the expandable membrane element is arranged.

Diese Maßnahme hat den erheblichen Vorteil, dass die radiale Expansion des Membranelementes durch eine solche vorhandene Schraubenfeder nicht beeinträchtigt wird. Außerdem ist diese geschützt vor äußeren Einflüssen in dem Zwischenraum zwischen der Außenseite des Hohlschaftes und der Innenseite des Membranelementes aufgenommen.This measure has the considerable advantage that the radial expansion of the membrane element is not impaired by such an existing helical spring. In addition, this is protected against external influences in the space between the outside of the hollow shaft and the inside of the membrane element added.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to some selected embodiments in conjunction with the accompanying drawings and explained. Show it:

1 einen Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines endoskopischen Instrumentes im Bereich des an der Außenseite eines Hohlschafts montierten Linearantriebes in nicht expandiertem Zustand des Membranelementes, 1 a longitudinal section of a first embodiment of an endoscopic instrument in the region of the mounted on the outside of a hollow shaft linear drive in the unexpanded state of the membrane element,

2 eine der Darstellung von 1 vergleichbare Darstellung mit radial expandiertem Membranelement und axial eingefahrenem Linearantrieb, 2 a representation of 1 comparable representation with radially expanded membrane element and axially retracted linear drive,

3 eine der 2 vergleichbare Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Federelement, 3 one of the 2 Comparative view of a second embodiment with a spring element,

4 eine der Darstellung von 1 vergleichbaren Darstellung des Linearantriebes in der maximal entspannten Stellung, 4 a representation of 1 comparable representation of the linear drive in the maximum relaxed position,

5 eine Außenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels von 4, 5 an outside view of the second embodiment of 4 .

6 eine Außenansicht des Ausführungsbeispiels in dem Betriebszustand von 3, und 6 an external view of the embodiment in the operating state of 3 , and

7 eine Kennlinie eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die Kontraktion des Membranelementes in Millimeter gegenüber der dafür aufgewandten Kraft dargestellt ist. 7 a characteristic of an embodiment of the invention, wherein the contraction of the membrane element is shown in millimeters relative to the force applied thereto.

Ein in den 1 und 2 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines endoskopischen Instruments ist in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.One in the 1 and 2 illustrated first embodiment of an endoscopic instrument is in its entirety by the reference numeral 10 designated.

Das Instrument 10 weist einen Hohlschaft 12 auf, an dessen distalem Endbereich 16 ein Linearantrieb 20 montiert ist. Der Hohlschaft 12 ist am proximalen Ende mit einer hier nicht dargestellten Handhabe verbunden, über die das Instrument 10 gehalten werden kann. Der Linearantrieb 20 weist ein schlauchstückartiges flexibles Membranelement 22 auf, das aus einem medizinischen Silikon besteht.The instrument 10 has a hollow shaft 12 on, at its distal end 16 a linear drive 20 is mounted. The hollow shaft 12 is connected at the proximal end with a handle, not shown here, over which the instrument 10 can be held. The linear drive 20 has a hose-like flexible membrane element 22 on, which consists of a medical silicone.

Der Linearantrieb 20 weist an einem Ende ferner eine Verankerung 26 auf, die als ein Ringkörper 28 ausgebildet ist, der passend auf der Außenseite 18 des Hohlschaftes 12 montiert ist. Hier ist die Verbindung so, dass die Verankerung 26 ortsfest ist. Dazu ist beispielsweise der Ringkörper 28 mit der Außenseite 18 des Hohlschaftes verklebt. Ist das Material des Ringkörpers 28 metallisch, kann die Verbindung auch über eine Lötverbindung erfolgen. Auf jeden Fall ist diese Verbindung ortsfest und gasundurchlässig. Ein Ende 24 des Membranelementes 22 ist über zwei Klemmkörper 32 und 34 festsitzend und gasdicht am Ringkörper 28 montiert. Dazu weist das Membranelement 22 einen nach innen gewandten Ringflansch 36 auf, an dessen gegenüberliegenden Seiten die Klemmkörper 32 und 34 anliegen.The linear drive 20 also has anchoring at one end 26 on that as a ring body 28 is formed, which fits on the outside 18 of the hollow shaft 12 is mounted. Here is the connection so that the anchorage 26 is stationary. For this example, the ring body 28 with the outside 18 glued to the hollow shaft. Is the material of the ring body 28 Metallic, the connection can also be made via a solder joint. In any case, this compound is stationary and impermeable to gas. An end 24 of the membrane element 22 is over two clamp bodies 32 and 34 firmly seated and gas-tight on the ring body 28 assembled. For this purpose, the membrane element 22 an inwardly facing annular flange 36 on, on the opposite sides of the clamp body 32 and 34 issue.

Dabei wird der Klemmkörper 34 auf ein Außengewinde an einem nach distal vorstehenden Hülsenabschnitt 30 des Ringkörpers 28 aufgedreht. Im Ringkörper 28 ist eine sich axial erstreckende durchgehende Bohrung 38 vorgesehen, die mit einer entsprechenden Aussparung am Ringflansch 36 in Verbindung steht, so dass, wie das in 1 durch einen Strömungspfeil angedeutet ist, ein Druckmedium 40 durchtreten kann. Dieses Druckmedium kann ein gasförmiges oder ein flüssiges Druckmedium sein. Das dem zuvor beschriebenen Ende 24 gegenüberliegende Ende 42 des Membranelementes 22 ist in einem Gleitkörper 44 verankert. Der Gleitkörper 44 weist an seiner inneren Seite eine ringförmige Dichtung 46 auf, die die innere Seite des ringförmigen Gleitkörpers 44 gegenüber der Außenseite 18 des Hohlschaftes abdichtet. Allerdings ist der Gleitkörper 44 nicht fest mit der Außenseite 18 des Hohlschaftes verbunden, sondern ist längs dieser axial beweglich, wie das noch nachfolgend erläutert wird.In this case, the clamping body 34 on an external thread on a distally projecting sleeve portion 30 of the ring body 28 psyched. In the ring body 28 is an axially extending through bore 38 provided with a corresponding recess on the annular flange 36 communicates, so that, like that in 1 is indicated by a flow arrow, a pressure medium 40 can pass through. This pressure medium may be a gaseous or a liquid pressure medium. The end described above 24 opposite end 42 of the membrane element 22 is in a slider 44 anchored. The slider 44 has on its inner side an annular seal 46 on top of the inner side of the annular slider 44 opposite the outside 18 of the hollow shaft seals. However, the slider is 44 not tight with the outside 18 the hollow shaft connected, but is axially movable along this, as will be explained below.

Auch der Gleitkörper 44 weist einen Ringabschnitt 48 auf, der einen nach proximal vorstehenden Hülsenabschnitt 50 aufweist.Also the slider 44 has a ring section 48 on, having a proximally projecting sleeve portion 50 having.

Das Ende 42 des Membranelements 22 ist spiegelbildlich zum ersten Ende 24 ausgebildet und ist entsprechend über zwei Klemmkörper 52 und 54 über dessen Ringflansch 56 am Gleitkörper 44 fixiert.The end 42 of the membrane element 22 is a mirror image of the first end 24 trained and is accordingly about two clamp body 52 and 54 via its annular flange 56 on the slider 44 fixed.

Wie aus 1 zu entnehmen, erstreckt sich das Membranelement 22 in einem gewissen radialen Abstand zur Außenseite 18 des Hohlschaftes 12, wodurch ein Raum 41 zur Verfügung gestellt wird, in den das Druckmedium 40 einströmen kann. Die Größenverhältnisse sind hier zur Erläuterung exemplarisch dargestellt. Um entsprechend der Erfindung bei einem bestimmten Außendurchmesser des Instrumentes 10 im Bereich des Linearantriebs 20 im Innern des Hohlschaftes 12 maximal Lumen zur Verfügung zu haben, können die Bauelemente des Linearantriebes 20 auch schlanker bzw. dünner ausgebildet sein als in der Zeichnung dargestellt.How out 1 can be seen, the membrane element extends 22 at a certain radial distance to the outside 18 of the hollow shaft 12 , creating a space 41 is made available in the the pressure medium 40 can flow in. The size ratios are shown here by way of example. To according to the invention at a certain outer diameter of the instrument 10 in the area of the linear drive 20 in the interior of the hollow shaft 12 maximum lumens available, the components of the linear drive 20 also be slimmer or thinner than shown in the drawing.

Die Bohrung 38 in der Verankerung 26 ist über eine hier nicht näher dargestellte Leitung mit einer Quelle des Druckmediums 40 verbunden.The hole 38 in the anchorage 26 is via a line not shown here with a source of the pressure medium 40 connected.

Am zuvor erwähnten, hier nicht dargestellten Handgriff sind dann entsprechende Steuerelemente, beispielsweise Tasten, vorgesehen, um die Zufuhr bzw. Abfuhr des Druckmediums 40 zu steuern.At the previously mentioned, not shown here handle corresponding controls, such as buttons, are provided to the supply and removal of the print medium 40 to control.

Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, endet das distale Ende des Linearantriebes 20 auf gleicher Höhe mit dem distalen Ende des Hohlschaftes 12.As in particular from 1 it can be seen ends the distal end of the linear drive 20 at the same level as the distal end of the hollow shaft 12 ,

Das bewegliche Ende, also der Gleitkörper 44, dient ja dazu, um ein Arbeitselement 14 zu bewegen.The movable end, so the slider 44 , yes, serves a work item 14 to move.

Das Arbeitselement 14 ist hier nur angedeutet. Wie das Arbeitselement ausgestaltet ist, spielt letztendlich keine Rolle, wichtig ist, dass es mit dem beweglichen Ende, also mit dem Gleitkörper 44 des Linearantriebes 20, verbunden ist. Das Arbeitselement kann beispielsweise eine axial bewegbare Stanze sein oder ein spritzenartiges Instrument. Es kann ein Gelenk zwischengeschaltet sein, das bei linearem Verschieben des Linearantriebes 20 ein seitliches Ausschwenken von Bauteilen des Arbeitselements, beispielsweise ein oder zwei beweglichen Maulteilen eines Fassinstrumentes, bewirkt. The work item 14 is only hinted at here. How the working element is designed, does not matter ultimately, it is important that it is with the moving end, so with the slider 44 of the linear drive 20 , connected is. The working element can be, for example, an axially movable punch or a syringe-like instrument. It can be interposed a joint, the linear displacement of the linear drive 20 a lateral swinging out of components of the working element, for example, one or two movable jaws of a barrel instrument causes.

In 1 ist ein Zustand dargestellt, bei dem kein Druckmedium 40 eingeführt ist, der Linearantrieb also entspannt ist, wobei sich das Membranelement in einer exakt linearen Erstreckung befindet, also die Wand des schlauchstückartigen Membranelementes 22 sich parallel zum Hohlschaft 12 erstreckt.In 1 is a state in which no pressure medium 40 is introduced, the linear drive is thus relaxed, wherein the membrane element is in an exactly linear extension, so the wall of the tubular piece membrane element 22 parallel to the hollow shaft 12 extends.

Wird nun ein Druckmedium 40 zugeführt, wie das in 2 dargestellt ist, strömt dieses in den Raum 41 zwischen der Außenseite des Hohlschaftes 12 und der Innenseite 23 des Membranelementes 22 ein und dehnt dieses radial. Durch die damit verbundene Längenkontraktion wird der Gleitkörper 44 axial in Richtung der ortsfesten Verankerung 26 bewegt und damit auch das mit diesem verbundene Arbeitselement 14, wie das in 2 durch die Pfeile 57 dargestellt ist. Nach Beenden der Beaufschlagung durch das Druckmedium 40 kann dieses wieder aus dem Linearantrieb 20 über die Bohrung 38 abströmen und das Membranelement 22 nimmt wieder die in 1 dargestellte Position ein.Will now be a print medium 40 fed, like that in 2 is shown, this flows into the room 41 between the outside of the hollow shaft 12 and the inside 23 of the membrane element 22 and stretch this radially. Due to the associated length contraction of the slider 44 axially in the direction of the fixed anchorage 26 moves and thus also the work element connected to it 14 like that in 2 through the arrows 57 is shown. After completion of the pressurization by the pressure medium 40 can this again from the linear drive 20 over the hole 38 flow out and the membrane element 22 takes back the in 1 shown position.

Die dafür notwendige Rückstellkraft, die ja nicht nur für eine geradlinige Streckung des Membranelementes 22 versorgen muss, sondern auch noch den Reibungswiderstand der Gleitringdichtung 46 überwinden muss, kann durch die relativ geringe Flexibilität des Silikonmaterials bereitgestellt werden, aus der das Membranelement 22 hergestellt ist. The necessary restoring force, which is not only for a straight line extension of the membrane element 22 supply, but also the frictional resistance of the mechanical seal 46 can overcome, can be provided by the relatively low flexibility of the silicone material from which the membrane element 22 is made.

Geringe Flexibilität bedeutet, dass hohe Kräfte notwendig sind, das Membranelement radial aufzuweiten.Low flexibility means that high forces are necessary to radially expand the membrane element.

In 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines endoskopischen Instrumentes dargestellt, das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 60 versehen ist. Das Instrument 60 ist prinzipiell gleich wie das zuvor beschriebene Instrument 10 aufgebaut, so dass gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern versehen werden. Bei der in 4 dargestellten Position, die der Position des Instrumentes 10 von 1 entspricht, ist zu erkennen, dass der Hohlschaft 12 sich distalseitig über das distalseitige Ende des Linearantriebes 20 hinaus erstreckt. In anderen Worten, dieser Linearantrieb ist nicht unmittelbar am distalen Ende befestigt, sondern etwas weiter nach proximal verschoben. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der ortsfesten Verankerung 26' keine Bohrung vorhanden. Auch hier wird das eine Ende des Membranelements 22 über zwei Klemmstücke gehalten, wie das auch bei dem gegenüberliegenden Ende der Fall ist und wie das zuvor in Zusammenhang mit dem Instrument 10 beschrieben worden ist. Auch hier ist der Gleitkörper 44 über eine entsprechende Dichtung 40 gleitend, jedoch dichtend längs der Außenseite des Hohlschaftes 12 beweglich.In 3 and 4 a second embodiment of an endoscopic instrument is shown, which in its entirety by the reference numeral 60 is provided. The instrument 60 is in principle the same as the instrument described above 10 constructed so that the same components are provided with the same reference numerals. At the in 4 position shown, the position of the instrument 10 from 1 corresponds, it can be seen that the hollow shaft 12 distally over the distal end of the linear actuator 20 extends beyond. In other words, this linear drive is not attached directly to the distal end, but slightly further shifted proximally. Unlike the in 1 illustrated embodiment is in the fixed anchorage 26 ' no drilling available. Again, this will be one end of the membrane element 22 held over two clamping pieces, as is the case at the opposite end and as previously in connection with the instrument 10 has been described. Again, the slider is 44 via a corresponding seal 40 sliding, but sealing along the outside of the hollow shaft 12 movable.

Die Zuführung des Druckmediums 40 erfolgt bei dem Instrument 60 über eine Bohrung 68 in der Wand 70 des Hohlschaftes. Die Bohrung 68 liegt dabei so, dass sie in dem Bereich vorhanden ist, in dem sich das Membranelement 22 erstreckt.The supply of the pressure medium 40 takes place at the instrument 60 over a hole 68 in the wall 70 of the hollow shaft. The hole 68 is in this case so that it is present in the area in which the membrane element 22 extends.

Zusätzlich ist um die Außenseite 18 des Hohlschaftes 12 ein Federelement 62 in Ausgestaltung einer schraubenlinienförmig gewundenen Feder angeordnet.In addition, around the outside 18 of the hollow shaft 12 a spring element 62 arranged in an embodiment of a helically wound spring.

Ein Ende 64 der Feder stützt sich auf dem Klemmkörper 34, das gegenüberliegende Ende 66 auf dem Klemmkörper 54 ab. Das Federelement 62 ist so vorgespannt, dass es den Linearantrieb in die in 4 dargestellten axial gestreckten Stellung bewegt.An end 64 the spring rests on the clamp body 34 , the opposite end 66 on the clamp body 54 from. The spring element 62 is biased so that it is the linear drive in the in 4 shown axially extended position moves.

Wird nun über den Innenraum 13 und die Öffnung 68 ein Druckmedium 40 in den Raum 41 zwischen der Außenseite 18 des Hohlschaftes 12 und der Innenseite 23 des Membranelements 42 geführt, wird dieses wieder radial expandiert und der Gleitkörper 44 wird axial nach proximal verschoben. Somit kontrahiert der Linearantrieb 20. Auch bei dem Instrument 60 steht der Gleitkörper 44 in Wirkverbindung mit einem hier nicht näher dargestellten Arbeitselement. Beim radialen Expandieren wird das Federelement 62 axial zusammengedrückt und es baut sich eine Rückstellkraft auf.Will now be on the interior 13 and the opening 68 a print medium 40 in the room 41 between the outside 18 of the hollow shaft 12 and the inside 23 of the membrane element 42 guided, this is again radially expanded and the slider 44 is displaced axially proximally. Thus, the linear drive contracts 20 , Also with the instrument 60 is the slider 44 in operative connection with a working element not shown here. During radial expansion, the spring element 62 axially compressed and it builds up a restoring force.

Wird die Beaufschlagung mit dem Druckmedium 40 wieder weggenommen, fährt der Linearantrieb 20 wieder axial aus, d.h. der Gleitkörper 44 wird nach distal bewegt, wie das durch die Pfeile 72 in 4 dargestellt ist. Diese Rückstellbewegung wird zum einen durch das Membranelement 22 selbst und zusätzlich durch das gespannte Federelement 62 unterstützt. Is the admission with the pressure medium 40 taken away again, drives the linear drive 20 again axially, ie the slider 44 is moved distally, like the arrows 72 in 4 is shown. This return movement is on the one hand by the membrane element 22 itself and additionally by the tensioned spring element 62 supported.

In den 5 und 6 ist dargestellt, dass in den Körper des Membranelementes 22 zahlreiche Fasern 80 eingearbeitet sind. Die Fasern 80 erstrecken sich exakt in axialer Richtung und erstrecken sich parallel zueinander und sind in das Material des Membranelementes 22 eingebettet.In the 5 and 6 is shown in the body of the membrane element 22 numerous fibers 80 are incorporated. The fibers 80 extend exactly in the axial direction and extend parallel to each other and are in the material of the membrane element 22 embedded.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Fasern 80 mit einem Durchmesser von 0,1 mm, die aus HPPE (High Performance Polyethylen) bestehen. Solche Fasern weisen Zugfestigkeitswerte von 3 bis 4 GPa (3000 bis 4000 N/mm²) auf. Beim radialen Expandieren des Membranelementes 22, wie das aus dem Übergang von 5 zu 6 ersichtlich ist, werden die Fasern 80 gekrümmt und es baut sich dabei eine sehr hohe Rückstellkraft auf. An dieser Stelle sei erwähnt, dass sowohl das Membranelement 22 des Ausführungsbeispiels von 1 und 2 als auch das von 3 bis 6 gleich aufgebaut ist.In the illustrated embodiment are fibers 80 with a diameter of 0.1 mm, which consist of HPPE (High Performance Polyethylene). Such fibers have tensile strengths of 3 to 4 GPa (3000 to 4000 N / mm ² ). During radial expansion of the membrane element 22 like that from the transition from 5 to 6 it can be seen, the fibers 80 curved and it builds up a very high restoring force. At this point it should be mentioned that both the membrane element 22 of the embodiment of 1 and 2 as well as that of 3 to 6 is the same.

In 7 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem die Kontraktion ausgedrückt in Millimeter gegenüber der Kraft ausgedrückt in Newton dargestellt ist. Die Kontraktion entspricht dem Längenunterschied des Membranelementes zwischen der Länge 25 des nicht expandierten und der Länge 27 des radial expandierten und axial verkürztem Zustandes (siehe 5 und 6).In 7 Fig. 12 is a graph showing the contraction expressed in millimeters versus the force expressed in Newton. The contraction corresponds to the difference in length of the membrane element between the length 25 the unexpanded and the length 27 the radially expanded and axially shortened state (see 5 and 6 ).

Die in 1 bis 6 dargestellten Linearantriebe weisen einen Außendurchmesser von 10 mm und eine Länge des Membranelementes von 20 mm auf. In die 0,75 mm starke Wand des Membranelementes 22 aus Silikonkautschuk sind die zuvor erwähnten Verstärkungsfasern mit einem Durchmesser von 0,1 mm eingebettet. 7 zeigt den Verlauf der bereitgestellten Kraft über der Kontraktion bei einem Betriebsdruck des Druckmediums von 1,75 bar und der Verwendung einer Rückstellfeder mit einer Steifigkeit von 2,72 N/mm. Die durchgezogenen Linien zeigen dabei den Verlauf eines erfindungsgemäßen Aktuators.In the 1 to 6 shown linear drives have an outer diameter of 10 mm and a length of the membrane element of 20 mm. In the 0.75 mm thick wall of the membrane element 22 of silicone rubber, the aforementioned reinforcing fibers are embedded with a diameter of 0.1 mm. 7 shows the course of the force provided over the contraction at an operating pressure of the pressure medium of 1.75 bar and the use of a return spring with a stiffness of 2.72 N / mm. The solid lines show the course of an actuator according to the invention.

Zusätzlich ist noch gestrichelt die Kraft eines konventionellen Zylinderkolben-Aktuators bei einem Betriebsdruck von 6 bar dargestellt. Dabei wurde ein Kolben ausgewählt, der den Schaft eines 10 mm-Instrumentes komplett ausfüllt, dabei einen Stempeldurchmesser von 9,5 mm aufweist. Dabei wird bei einem Betriebsdruck von 6 bar maximal 42,5 N bereitgestellt. In addition, the power of a conventional cylinder-piston actuator at an operating pressure of 6 bar is still dashed lines. Here, a piston was selected, which completely fills the shaft of a 10 mm instrument, while having a punch diameter of 9.5 mm. At a maximum operating pressure of 6 bar, 42.5 N is provided.

Aus dem Graph von 7 ist deutlich zu erkennen, dass bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung bis zur einer Kontraktion von 1,6 mm bei wesentlich geringerem Betriebsdruck eine deutlich größere Kraft bereitgestellt wird als bei dem zuvor erwähnten und üblicherweise eingesetzten Zylinder/Kolben-Aktuator.From the graph of 7 It can clearly be seen that, in the embodiment according to the invention, a significantly greater force is provided up to a contraction of 1.6 mm at a significantly lower operating pressure than in the case of the previously mentioned and commonly used cylinder / piston actuator.

Aus dem Verlauf der Kennlinie auch nach mehreren Zyklen ist zu erkennen, dass keine Hystereseerscheinungen oder nur in geringem Ausmaß entstehen, so dass auch nach zahlreichen Betriebszyklen exakt vorbestimmte Hubwege des Linearantriebes vorhanden sind.From the course of the characteristic even after several cycles, it can be seen that no hysteresis phenomena or only to a small extent arise, so that exactly after predetermined operating strokes of the linear drive are present even after numerous operating cycles.

Das in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel von 3 und 4 beschriebene Federelement 62 kann gleichermaßen bei der Ausführungsform von 1 und 2 eingesetzt werden.This in connection with the embodiment of 3 and 4 described spring element 62 can equally in the embodiment of 1 and 2 be used.

Der Hohlschaft 12 kann bei beiden Ausführungsformen distalseitig auf Höhe des distalen Endes des Linearantriebes enden, wie das in 1 und 2 gezeigt ist, oder kann darüber hinausreichen, wie das in 3 und 4 gezeigt ist.The hollow shaft 12 can end in both embodiments distally at the level of the distal end of the linear drive, as in 1 and 2 is shown, or may extend beyond, as in 3 and 4 is shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5031510 B [0002, 0010]

Claims

Endoscopic instrument, with a hollow shaft ( 12 ), at its distal end region ( 16 ) a movable working element ( 14 ) is arranged, which via a linear drive ( 20 ) is movable, wherein the linear drive ( 20 ) a radially expandable, tubular piece-like membrane element ( 22 ), whose interior ( 41 ) by a pressure medium ( 40 ), one end ( 42 ) of the expandable, tubular piece-like membrane element ( 22 ) with the movable working element ( 14 ) is operatively connected such that changing the length ( 25 . 27 ) of the membrane element ( 22 ) in a movement of the movable working element ( 14 ) is implementable, characterized in that the radially expandable, tubular piece-like membrane element ( 22 ) around the outside ( 18 ) of the hollow shaft ( 12 ) and that the print medium ( 40 ) between the outside ( 18 ) of the hollow shaft ( 12 ) and the inside ( 23 ) of the membrane element ( 22 ), so that an interior ( 13 ) of the hollow shaft ( 12 ) is fully usable.

Endoscopic instrument according to claim 1, characterized in that the body ( 78 ) of the membrane element ( 22 ) with fibers ( 80 ) low elasticity and high tensile strength is provided.

Endoscopic instrument according to claim 2, characterized in that the fibers ( 80 ) in the axial longitudinal direction of the membrane element ( 22 ) and are arranged substantially parallel to each other.

Endoscopic instrument according to claim 2 or 3, characterized in that the fibers ( 80 ) in the material of the body ( 78 ) of the membrane element ( 22 ) are embedded.

Endoscopic instrument according to one of claims 1 to 4, characterized in that the membrane element ( 22 ) at one end ( 24 ) firmly with the outside ( 18 ) of the shaft ( 12 ) and that the opposite axially movable end ( 42 ) sealing along the outside ( 18 ) of the shaft ( 12 ) is movable.

Endoscopic instrument according to claim 5, characterized in that the fixed end ( 24 ) of the membrane element ( 22 ) via an anchorage ( 26 ) on the instrument ( 10 ) is attached.

Endoscopic instrument according to claim 6, characterized in that the pressure medium ( 40 ) by anchoring ( 26 ) is zuszusisbar through.

Endoscopic instrument according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pressure medium ( 40 ) over the interior ( 13 ) of the shaft ( 12 ) can be fed.

Endoscopic instrument according to claim 8, characterized in that in the wall ( 70 ) of the shaft ( 12 ) an opening ( 68 ) is present in the region defined by the radially expandable membrane element ( 22 ) is surrounded.

Endoscopic instrument according to one of claims 1 to 9, characterized in that on the outside ( 18 ) of the hollow shaft ( 12 ) a spring element ( 62 ) is arranged, which with an axially movable portion of the linear drive ( 20 ) connected is.

Endoscopic instrument according to claim 10, characterized in that the spring element ( 62 ) as one around the outside ( 18 ) of the hollow shaft ( 12 ) wound coil spring is formed, which at the opposite ends of the linear drive ( 20 ) is supported.

Endoscopic instrument according to claim 10 or 11, characterized in that the spring element ( 62 ) between the outside ( 18 ) of the hollow shaft ( 12 ) and the inside ( 23 ) of the expandable membrane element ( 22 ) is arranged.