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Die Erfindung betrifft ein medizinisches Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät, an dem wenigstens eine Verkleidung angebracht ist, die wenigstens einen Sensor zum Detektieren einer Kollision aufweist.
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Diagnose- und Interventionssysteme, die für die Angiographie, Kardiologie, Neurologie oder Hybrid-OPs eingesetzt werden, weisen häufig einen C-Bogen als Träger für bildgebende Anlagenteile auf. Dieser ist zumeist mehrachsig motorisch bewegbar und kann dreidimensionale Bewegungen im Raum durchführen. Derartige Geräte werden entweder von einem Bediener gesteuert, alternativ können Anlagenteile wie ein C-Bogen auch halbautomatisch oder automatisiert bewegt werden. Beispielsweise kann ein C-Bogen auf einer Bahn um einen Patienten herum bewegt werden, beispielsweise um Bildaufnahmen für eine Rekonstruktion zu erfassen, die für einen 3D-Scan benötigt werden.
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In den letzten Jahren wurden Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräte entwickelt, deren Trägersysteme für den C-Bogen auf industrieller Robotertechnologie beruhen. Moderne Multi-Achs-Konstruktionen zeichnen sich durch eine erhöhte Bewegungsfähigkeit aus, allerdings sind damit auch die Anforderungen an die Sicherheit eines derartigen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts angestiegen. Um eine Kollision von bewegten Teilen, beispielsweise eines C-Bogens, mit unbewegten Teilen oder mit dem Patienten zu vermeiden, ist es erforderlich, Sensoren in das Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät zu integrieren. Sowohl für Roboter als auch für medizinische Geräte existieren entsprechende Normen und Vorschriften, in denen Sicherheitsanforderungen definiert sind.
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Selbst wenn durch einen Sensor eine Kollision detektiert wird, ist bei Auslösung eines Kollisionsfalls und nach dem Abschalten eines Antriebs noch ein kraft- und masseabhängiger Nachlaufweg aufgrund der Masseträgheit des Systems vorhanden. Daher ist die Verkleidung herkömmlicher Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräte nachgiebig gestaltet, so dass definierte Kräfte, die bei einer Kollision auf einen Patienten ausgeübt werden, nicht überschritten werden. Eine derartige Verkleidung eines Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts kann auch aus mehreren Verkleidungselementen bestehen.
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Im Stand der Technik sind bereits unterschiedliche Kollisionsschutzvorrichtungen vorgeschlagen worden. Aus der
EP 0 301 198 A1 ist eine medizinische Sicherheitseinrichtung bekannt, durch die ein zu großer Anpressdruck einer Komponente eines Diagnose- oder Behandlungsgeräts am Körper des Patienten vermieden werden soll. Dazu ist ein elastisch verformbares Bauteil vorgesehen, das mit einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt ist und einen Drucksensor aufweist. Bei einem Kontakt des elastischen Bauteils mit dem Körper des Patienten wird über einen Schalter ein Antrieb der Patientenliege abgeschaltet.
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Aus der
DE 10 2012 100 404 A1 ist ein Kollisionsschutz für ein medizinisches Gerät bekannt. Dort wird vorgeschlagen, einen Körper eines medizinischen Geräts mit einem Bauteil zur Kollisionserfassung zu versehen, das eine Reihe von Drucksensoren aufweist. Die Drucksensoren sind dabei zwischen einem Grundkörper oder Gehäuse des medizinischen Geräts und einer Außenhülle angeordnet, die aus einem elastisch verformbaren und/oder elastisch komprimierbaren Material besteht.
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Obwohl derartige herkömmliche Kollisionsschutzvorrichtungen eine hohe Sicherheit vor unbeabsichtigten Kollisionen zwischen einer Komponente eines medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts und einem Patienten aufweisen, ist es in der Praxis schwierig, ein medizinisches Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät flächendeckend damit auszurüsten. Die Integration eines Kollisionsschutzes wird durch komplex geformte Verkleidungsbauteile erschwert. In den meisten Fällen ist eine zentrale Kollisionssensorik nicht mehr möglich und es ist schwierig, festgelegte Verstell- und Nachlaufwege präzise einzuhalten. Zudem zeichnen sich herkömmliche Systeme mit Schaltelementen und federnd gelagerten Verkleidungsteilen durch eine komplexe Gehäusegeometrie und eine aufwendige, teure und mechanisch anfällige Unterbaukonstruktion aus. Der hohe bauliche Aufwand resultiert in erster Linie aus der präzisen Einhaltung der benötigten Verstell- und Nachlaufwege in alle Richtungen bei Verkleidungsteilen mit komplexen Geometrien.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein medizinisches Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät anzugeben, das eine Kollisionsschutzvorrichtung aufweist, die auch bei komplex geformten Verkleidungsbauteilen einfach und kostengünstig realisiert werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät der eingangs genannte Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sensor eine erste an dem Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät angebrachte Platte und eine an der Innenseite der Verkleidung angebrachte, von der ersten Platte beabstandete zweite Platte aufweist, wobei zwischen den beiden Platten Federelemente angeordnet sind.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die erfindungsgemäß vorgesehenen speziellen Federelemente einerseits eine flexible Befestigung von Verkleidungsteilen an einen Grundkörper des medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts möglich ist, andererseits ist durch den Sensor eine zuverlässige Detektion einer Kollision möglich. Durch die Federelemente wird eine mechanische Dämpfung von Stößen bzw. Kollisionen bewirkt, gleichzeitig kann durch den integrierten Sensor die Kollision detektiert und der Antrieb der die Kollision auslösenden Komponente ausgeschaltet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät wird es bevorzugt, dass die Federelemente aus einem Federdrahtmaterial oder aus einem Elastomer hergestellt sind. Primär kommen aus einem Federdrahtmaterial hergestellte Federelemente zur Anwendung, in bestimmten Fällen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, aus einem Elastomer hergestellte Federelemente vorzusehen. Daneben ist auch eine Kombination beider Varianten möglich.
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Eine besonders zuverlässige Funktion ergibt sich, wenn die Federelemente zumindest näherungsweise halbkreisförmig ausgebildet sind und gemeinsam mit den beiden Platten einen Ring bilden. Ein derartiges ringförmiges Federelement ist besonders gut in der Lage, eine externe Kraft aufzunehmen und durch Verformung zu dämpfen.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass bei dem medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät an einer der beiden Platten ein modularer Einsatz angeordnet ist, der wenigstens eine aus der folgenden Gruppe ausgewählte Komponente aufweist: ein Schaltelement, ein Gyrosensor, ein elastisch verformbarer Baustein, ein als Halbkugel ausgebildeter Baustein, ein aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellter Baustein oder ein Piezoelement. Der modulare Einsatz kann somit baukastenartig zusammengesetzt sein, indem eine oder mehrere Komponenten der Gruppe ausgewählt und zu dem modularen Einsatz kombiniert werden. Somit kann ein modularer Einsatz flexibel für eine gewünschte Eigenschaft oder eine benötigte Funktion zusammengestellt werden. Die verschiedenen Komponenten übernehmen dazu unterschiedliche Aufgaben oder Funktionen. Mittels eines Schaltelements kann eine externe Kraft oder ein Moment detektiert werden, wenn dadurch ein Schaltkontakt ausgelöst wird. Mittels eines Gyrosensors kann eine Beschleunigung, eine Geschwindigkeit oder eine Position in einem dreidimensionalen Raum erkannt werden. Ein elastisch verformbarer Baustein dient als Dämpfer bei einer Kollision. Ein als Halbkugel ausgebildeter Baustein, der vorzugsweise das freie Ende eines modularen Einsatzes bildet, ist in der Lage, nicht nur Kräfte aufzunehmen, die in Längsrichtung und somit axial wirken, vielmehr kann ein als Halbkugel ausgebildeter Baustein auch Querkräfte bzw. Momente aufnehmen bzw. detektieren. Ein aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellter Baustein kann als Anschlag oder Endanschlag eingesetzt werden, um eine Bewegung zu begrenzen. Ein Piezoelement kann als Kraftsensor eingesetzt werden.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts sieht vor, dass die Komponenten des modularen Einsatzes säulenartig ausgebildet sind und sich von einer Platte zu der anderen Platte erstrecken. Die erste Platte und die zweite Platte sind dabei vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, der modulare Einsatz ist auf einer Platte angeordnet und weist dabei zur anderen Platte.
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Auf diese Weise ist ein modularer Einsatz des medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts in Abhängigkeit von den jeweiligen Erfordernissen baukastenartig aus den erwähnten, Komponenten der Gruppe zusammengesetzt. Der konkrete Aufbau und die Auswahl der einzelnen Komponenten richtet sich dabei nach den gewünschten Eigenschaften und Funktionen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Sensor wenigstens zwei voneinander beabstandete modulare Einsätze aufweist. Die beiden modularen Einsätze sind vorzugsweise nebeneinander auf derselben Platte angeordnet. Jeder modulare Einsatz kann dabei eine als Halbkugel ausgebildete Komponente als freies Ende aufweisen. Auf diese Weise kann eine Begrenzung von externen Drehmomenten erfolgen.
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Eine alternative Variante sieht vor, dass einem modularen Einsatz ein an der entgegengesetzten Platte angeordnetes Begrenzungselement zugeordnet ist, das vorzugsweise als Hohlzylinder ausgebildet ist. Das Begrenzungselement unterbindet eine seitliche Verschiebung der beiden Platten zueinander, daneben wird auch ein angreifendes Drehmoment auf einen bestimmten Wert begrenzt. Das Begrenzungselement kann wie erwähnt als Hohlzylinder ausgebildet sein, ebenso kann es mehrere parallele Stäbe umfassen.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass eine der beiden Platten einen mehrachsigen Kraftsensor aufweist oder als mehrachsiger Kraftsensor ausgebildet ist. Demnach kann ein Kraftsensor auf einer Platte angebracht sein, alternativ kann auch ein Kraftsensor plattenartig ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann es auch vorgesehen sein, dass der mehrachsige Kraftsensor zwischen zwei an entgegengesetzten Seiten des Kraftsensors angeordneten Federelementen angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere eine Beschränkung einer Verschiebung einer Verkleidung bewirkt werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass eine der beiden Platten ein Schaltelement wie einen Taster aufweist. Der Taster wird durch eine Kollision betätigt, so dass er ein Schaltsignal erzeugt woraufhin ein Antrieb für eine bewegliche Komponente, beispielsweise einen C-Bogen, abgeschaltet werden kann.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die erste und die zweite Platte des medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts elektrisch leitfähig sind und dass wenigstens eine Platte wenigstens ein sich zur anderen Platte erstreckendes Kontaktelement aufweist. Bei dieser Ausgestaltung sind die zwischen den Platten angebrachten Federelemente vorzugsweise elektrisch nicht leitend.
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Es wird besonders bevorzugt, dass das medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät einen mehrachsig bewegbaren Arm mit einem C-Bogen aufweist, dessen Verkleidung den wenigstens einen Sensor aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Sensors für ein erfindungsgemäßes medizinisches Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät;
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors;
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors;
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors;
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors;
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6 eine Anordnung mit einem Kraftsensor, der zwischen zwei Sensoren angeordnet ist;
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7 eine ähnliche Anordnung wie 6;
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8 einen an einem medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät angeordneten Sensor;
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9 ein Ausführungsbeispiel eines unterhalb einer Verkleidung angeordneten Sensors;
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10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors; und
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11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors.
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1 zeigt einen Sensor 1, der zum Detektieren einer Kollision ausgebildet und an einer Verkleidung eines medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts angebracht werden kann. Der Sensor 1 umfasst eine erste Platte 2, die im montierten Zustand an der Außenseite eines Körpers des Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts angebracht ist. Daneben umfasst der Sensor 1 eine zweite Platte 3, die von der ersten Platte 2 beabstandet und parallel dazu angeordnet ist. Die zweite Platte 3 ist im montierten Zustand an der Innenseite einer Verkleidung oder eines Verkleidungsbauteils des medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts angebracht. Zwischen den beiden Platten 2, 3 sind Federelemente 4, 5 angeordnet, die kreissegmentförmig gebogen sind und gemeinsam mit den beiden Platten 2, 3 einen Ring bilden. Die Federelemente 4, 5 sind als Drahtseilfederelemente ausgebildet, so dass der Ring durch eine auf die Platte 3 ausgeübte Druckkraft elastisch verformbar ist.
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In 1 erkennt man, dass auf der Platte 2 ein modularer Einsatz 6 angeordnet ist, der sich im Inneren des Rings befindet und von der gegenüberliegenden Platte 3 beabstandet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der modulare Einsatz 6 aus drei Komponenten. Die erste, untere Komponente, die an der Platte 2 befestigt ist, ist ein aus einem Metall hergestellter Baustein 7. Dieser Baustein 7 dient der Begrenzung des Federwegs. Daran schließt sich ein elastischer Baustein 8 an, der auf den Baustein 7 aufgesetzt ist. Der elastische Baustein 8 besteht aus einem elastischen Material, insbesondere aus einem Material, das eine wesentlich größere Elastizität als der Baustein 7 aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Baustein 7 aus Stahl, der elastische Baustein 8 aus einem Elastomer. Bei einer auftretenden Belastung verformt sich der elastische Baustein 8 elastisch. Auf dem elastischen Baustein 8 befindet sich ein als Halbkugel ausgebildeter Baustein 9, der bewirkt, dass über die zweite Platte 3 einwirkende Momente bei Berührung des elastischen Bausteins 8 weiter wirken können. Ein von außen wirkendes Moment bewegt die zweite Platte 3 unter elastischer Verformung der Federelemente 4, 5 gegen den halbkugelförmigen Baustein 9, wodurch der elastische Baustein 8 verformt oder komprimiert wird. Dadurch wird eine Verstärkung der Federkraft in Längsrichtung des modularen Einsatzes 6 bewirkt, bevor der Federweg begrenzt wird.
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2 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie 1 und zeigt einen Sensor 10, der in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel eine erste Platte 2 und eine zweite Platte 3 aufweist, die zusammen mit Federelementen 4, 5 einen Ring bilden. Anders als bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel sind bei dem Sensor 10 zwei modulare Einsätze 6, 11 vorhanden, die voneinander beabstandet auf der Platte 2 angeordnet sind.
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Bei den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen kann über die Dimensionierung, Anordnung und Materialwahl der Federelemente 4, 5 die Federkraft bzw. Federsteifigkeit für alle sechs Freiheitsgrade beeinflusst werden.
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Als Abwandlung des in 2 gezeigten Sensors 10 können auch drei modulare Einsätze verwendet werden, um Momente zu begrenzen, die um die waagerechte und die senkrechte Achse wirken. Dazu werden drei modulare Einsätze verwendet, die vergleichsweise große elastische Bausteine aufweisen, um eine Translation der oberen Platte 3 senkrecht zur unteren Platte 2 möglichst wenig einzuschränken.
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3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sensors 13, der ähnlich wie der in 1 gezeigte Sensor 1 aufgebaut ist. Übereinstimmende Komponenten werden daher nicht nochmals im Detail beschrieben. Zusätzlich zu dem modularen Einsatz 6, der zwischen den Platten 2, 3 auf der Platte 2 angeordnet ist, ist ein als Hohlzylinder ausgebildetes Begrenzungselement 12 vorhanden, das an der in 3 oberen Platte 3 angeordnet ist und den modularen Einsatz 6 teilweise umgibt. Optional könnte auch ein weiteres Begrenzungselement verwendet werden, das auf der Platte 2 angeordnet ist und das erste Begrenzungselement 12 umgibt. Dadurch wird ein externes Moment begrenzt und eine seitliche Verschiebung der beiden Platten 2, 3 verhindert. Bei einem vorhandenen zweiten Begrenzungselement könnten die Platten 2, 3 lediglich senkrecht zueinander verschoben werden. Durch die Wahl eines elastischen Bausteins in dem ersten Begrenzungselement 12, gegebenenfalls auch in dem weiteren Begrenzungselement, kann ein gewisses Spiel oder ein gewünschter progressiver Federkraftverlauf erzeugt werden. Eine Beschichtung des hohlzylindrischen Begrenzungselements 12 mit einem elastischen Material bewirkt eine Dämpfung weiterer Achsen bzw. Freiheitsgrade sowie eine Geräuschminimierung. Auf diese Weise wird eine steuerbare Beschränkung des Wegs in fünf Freiheitsgraden erzielt.
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4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel und zeigt einen Sensor 14, der ähnlich wie der in 1 gezeigte Sensor 1 aufgebaut ist. Abweichend davon ist eine erste Platte 15 als mehrachsiger Kraftsensor ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen 6D-Kraftsensor, der somit Kräfte entlang dreier orthogonaler Achsen und Momente um drei Achsen erfassen kann. Ein modularer Einsatz 16 umfasst ein Schaltelement 17, einen Gyrosensor 18, einen elastischen Baustein 8 und einen als Halbkugel ausgebildeten Baustein 9, die in dieser Reihenfolge auf der ersten Platte 15, die als mehrachsiger Kraftsensor ausgebildet ist, angeordnet sind. Die einzelnen Komponenten des modularen Einsatzes 16 sind mit schematisch dargestellten Leitungen 19 versehen, die die Platte 15 durchsetzen und in eine zentrale Ausgangsleitung 20 münden.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das eine erste Platte 2, eine zweite Platte 3 und dazwischen angeordnete Federelemente aufweist, die in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Elastomermaterial bestehen. Die beiden Federelemente 21, 22 besitzen eine hyperboloide Farm. Aufgrund des verwendeten elastomeren Materials wirken die Federelemente 21, 22 auch als Dämpfer. Zwischen den beiden Platten 2, 3 ist ein modularer Einsatz 6 angeordnet, der an der unteren Platte 3 befestigt und von der oberen Platte 2 beabstandet ist. Bei einer externen Kraft verformen sich die Federelemente 21, 22, bis die Platte 3 den modularen Einsatz 6 berührt, im Anschluss daran vergrößert sich die aufzuwendende externe Kraft, da neben den Federelementen 21, 22 auch das elastische Element des modularen Einsatzes 6 komprimiert werden muss.
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Eine Beeinflussung bzw. Steuerung des Federwegs kann durch die Wahl elastischer Federelemente unterschiedlicher Form und Dicke vorgenommen werden.
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Die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Federelemente ermöglichen die Aufnahme einer Rückstellkraft in drei orthogonalen Richtungen, gegen beliebige Momente sowie gegenüber einer Kombination von Kräften und Momenten. Durch die Wahl einer passenden Federkraft der Federelemente kann ein benötigter Bewegungsspielraum eines Verkleidungsteils festgelegt werden. Ebenso kann ein Rückstellweg für ein Schaltelement definiert werden. Durch die Verwendung eines weiteren modularen Einsatzes oder mehrerer Einsätze kann ebenfalls eine Anpassung an bestimmte Anwendungen erfolgen. Feste Bausteine, beispielsweise ein Metallbaustein, ermöglichen eine Beschränkung des Federwegs, elastische Elemente, beispielsweise der elastische Baustein 8, bewirken hingegen einen gewissen Verstellweg, bevor der Federweg beschränkt wird, bei einem gleichzeitigen Anstieg der Federkraft in diesem Bereich. Eine zusätzliche Belastung eines Federelements in andere Richtungen bleibt davon unberührt und wird von der Feder mit ihrer normalen Rückstellkraft gebremst. Ein als Halbkugel ausgebildeter Baustein kann trotz einer Beschränkung in eine Richtung auf ein externes Moment reagieren. Somit können die Federelemente und der gesamte Sensor hochflexibel für eine gewünschte Anwendung entworfen werden. Zusätzlich wirken die modularen Einsätze in ihrer definierten Wirkrichtung als Überlastschutz für weitere, an dem medizinischen Untersuchungs- und Behandlungsgerät vorhandene Sensoren, die Federelemente aufweisen.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Sensor, in diesem Fall ein Kraftsensor 23, zwischen zwei Sensoren 24, 25 angeordnet ist. Die Sensoren 24, 25 sind jeweils identisch zu dem Sensor 1, der in 1 gezeigt ist.
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Die Sensoren 24, 25 sind so angeordnet, dass deren modulare Einsätze 6 von dem zentralen Kraftsensor 23 zu der jeweils gegenüberliegenden Platte weist. An der Außenseite der Platten befindet sich eine Verkleidung 26 eines medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts. Durch die Federelemente der beiden Sensoren 24, 25 ist lediglich eine Verschiebung in Richtung der Krafteinwirkung begrenzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird somit eine waagerecht angreifende Kraft begrenzt. Ein Verkippen der Anordnung ist möglich, obwohl dabei die Federkraft der Federelemente der Sensoren 24, 25 überwunden werden muss.
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7 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie 6, dabei ist der Kraftsensor 23 zwischen zwei Sensoren 27, 28 angeordnet, die jeweils dem in 3 gezeigten Sensor 13 entsprechen. Die Sensoren 27, 28 weisen somit zusätzlich zu der in 6 gezeigten Anordnung jeweils ein als Hohlzylinder ausgebildetes Begrenzungselement 29 auf, das sich jeweils an der von dem Kraftsensor 23 beabstandet angeordneten Platte befindet. Die beiden äußeren Platten, an denen sich die Begrenzungselemente 29 befinden, sind an der Innenseite der Verkleidung 26 befestigt. Im Vergleich zu der in 6 gezeigten Anordnung bewirken die Begrenzungselemente 29 zusätzlich eine Begrenzung der Verkippung der Sensoren 27, 28, dadurch wird auch die Nachgiebigkeit senkrecht zu den Begrenzungselementen 29 eingeschränkt.
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Die Verkleidung 26 ist Bestandteil eines C-Bogens und weist einen Taster 48 auf. Die Verkleidung 26 ist über die Sensoren 27, 28 und deren Federelemente an dem Kraftsensor 23 befestigt. Durch die Federelemente ist eine Verschiebung in Richtung einer durch den Pfeil symbolisch dargestellten Kraft begrenzt. In 7 erkennt man, dass die Sensoren 27, 28 und deren Federelemente keine separate Sensorik aufweisen, sie sind allerdings so dimensioniert, dass eine Betätigung des Tasters 48 lediglich zu minimalen Messwerten des Kraftsensors 23 führt, so dass eine Betätigung des Tasters stets unterhalb einer Schaltschwelle zur Kollisionserkennung liegt. Der Taster dient als Bedienelement und er steht stellvertretend für mehrere derartige Bedienelemente. Zusätzlich können Schalter oder ein Bedienfeld, beispielsweise ein berührungssensitiver Bildschirm oder eine Tastatur, in der Verkleidung 26 vorgesehen sein. Durch eine Auswertesoftware kann das von dem Kraftsensor 23 erfasste Signal bearbeitet werden, um die Empfindlichkeit des Kraftsensors 23 so einzustellen, dass bei einer normalen Bedienung bzw. Betätigung des Tasters 48 keine Auslösung erfolgt.
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Falls eine höhere Schaltschwelle der von dem Kraftsensor 23 erfassten Sensorwerte überschritten wird, wird der entsprechende Antrieb desjenigen bewegbaren Bauteils, das die Kollision verursacht hat, abgeschaltet.
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Eine Weiterbildung des in 7 gezeigten Ausführungsbeispiels sieht vor, dass zusätzlich zu dem mechanischen Schaltelement, das als Taster 48 ausgebildet ist, eine weitere Kraftmessung erfolgt, beispielsweise durch einen eindimensionalen Kraftsensor, der unterhalb des Tasters 48 bzw. im Inneren der Verkleidung 26 angeordnet ist. Durch Vergleich beider Messwerte kann zwischen einer Bedienkraft und einer erhöhten Kraft, die potentiell von einer Kollision stammt, unterschieden werden. Durch die zentrale Aufhängung der Verkleidung 26 am Sensor ergibt sich eine gute Signalqualität und die Unterkonstruktion, d. h. der Grundkörper, vereinfacht sich unter Beibehaltung der mehrdimensionalen mechanischen Eigenschaften, zudem bleibt die Sicherheitsfunktionalität erhalten.
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8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel und zeigt ein Detail eines medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsgeräts 30, das eine Verkleidung 31 aufweist, die von einem Grundkörper 32 beabstandet ist. Zwischen dem Grundkörper 32 und der Verkleidung 31 ist ein Sensor 1 angeordnet, dessen erste Platte 2 auf dem Grundkörper 32 und dessen zweite Platte 3 an der Innenseite der Verkleidung befestigt ist. Dementsprechend wird die Verkleidung 31 durch die Federelemente 4, 5 des Sensors 1 getragen. Dies ermöglicht eine einfache Platzierung der Federelemente 4, 5 sowie eine leichte Einstellung des Federwegs und der dem Stoß einer etwaigen Kollision entgegenwirkenden Kraft. Eine Beschädigung der Verkleidung 31 wird verhindert, indem der modulare Einsatz 6 des Sensors 1 und dessen Komponenten so ausgelegt sind, dass Verformungen der Verkleidung 1 ausschließlich im elastischen Bereich erfolgen.
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9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors 33, mit einer unteren Platte 2, die auf einem Grundkörper 32 angebracht ist. Daneben umfasst der Sensor 33 eine obere Platte 3 sowie Federelemente 4, 5. Die obere Platte 3 ist an der Innenseite einer Verkleidung 34 angebracht. Von der unteren Platte 2 erstreckt sich ein modularer Einsatz 35 bis zu der gegenüberliegenden, beabstandeten oberen Platte 3. Der modulare Einsatz 35 umfasst ein piezoelektrisches Element 36, einen elastischen Baustein 8 und einen als Halbkugel ausgebildeten Baustein 9. Der elastische Baustein 8 erzeugt die erforderliche Nachgiebigkeit in Längsrichtung des modularen Einsatzes 35. Der als Halbkugel geformte Baustein 9 stellt sicher, dass Momente nicht blockiert werden und das piezoelektrische Moment 36 ist so ausgebildet, dass es in Längsrichtung wirkende Kräfte messen kann. Der Sensor 33 ist so ausgebildet, dass er Rückstellkräfte und -momente in sechs Freiheitsgraden erzeugt.
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10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel und zeigt einen Sensor 37 mit einer unteren Platte 38, einer oberen Platte 39, die parallel und voneinander beabstandet angeordnet sind und aus einem Metallwerkstoff bestehen. Dementsprechend sind die beiden Platten 38, 39 elektrisch leitend. Zwischen den beiden Platten 38, 39 erstrecken sich in senkrechter Richtung Spiralfedern 40, 41, die aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material bestehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Federn 40, 41 aus einem Kunststoffmaterial. Es können auch metallische Federn verwendet werden, die mit einem nicht leitenden Material überzogen sind.
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Die Platte 38 ist mit einem ersten Pol, beispielsweise dem Pluspol einer Spannungsquelle verbunden, die Platte 39 ist mit dem anderen Pol verbunden, beispielsweise dem Minuspol. Zwischen den beiden Federn 40, 41, die im Bereich der seitlichen Enden der Platten 38, 39 angeordnet sind, ist ein leitfähiger Einsatz 42 vorgesehen, der zwei an der oberen Platte 39 angebrachte und sich von dort senkrecht zu der gegenüberliegenden Platte 38 erstreckende Stifte 43, 44 umfasst. In ähnlicher Weise erstreckt sich von der unteren Platte 38 ein Stift 45 zu der Platte 39. Die Stifte 43, 44, 45 sind jeweils von der gegenüberliegenden Platte beabstandet. Erst bei einer externen Druckkraft, durch die die beiden Platten 38, 39 aufeinander zu bewegt werden, berühren die freien Enden der Stifte 43, 44, 45 die gegenüberliegende Platte, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird. Zur Beeinflussung der Steifigkeit bzw. Nachgiebigkeit sind zwischen den Stiften 43, 45 und den Stiften 44, 45 jeweils Federn 46 in Querrichtung angeordnet. Beim Schließen des Stromkreises tritt eine Signaländerung auf, die erfasst und zur Detektion einer Kollision verwendet wird.
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11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel und zeigt eine Anordnung 47 mit dem in 3 gezeigten Sensor 13. Der Sensor 13 umfasst die Federelemente 4, 5, den modularen Einsatz 6 und das als Hohlzylinder ausgebildete Begrenzungselement 12. An der oberen Platte 3 ist ein mechanisches Schaltelement, das als Taster 48 ausgebildet ist, angeordnet, das an der Innenseite einer Verkleidung 49 angebracht ist. Unterhalb der Platte 2 ist ein mehrachsiger Sensor 50 angeordnet, der auf dem Grundkörper 32 befestigt ist. Bei einer angreifenden externen Kraft wird zunächst das als Taster 48 ausgebildet Schaltelement betätigt. Im Anschluss daran kann mittels des mehrachsigen Sensors 50 die Kraft gemessen werden. Auf diese Weise kann zwischen einem Bedienvorgang, bei dem die Verkleidung 49 absichtlich berührt wird, und einer unerwünschten Kollision unterschieden werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0301198 A1 [0005]
- DE 102012100404 A1 [0006]