專利名稱：柔性空心軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的柔性空心軸。 現(xiàn)有技術(shù)
出于不同的原因，空心軸作為主動(dòng)軸可能是符合預(yù)期的。
一方面，在直 徑相同的情況下與實(shí)心軸相比，空心軸在重量明顯較小的情況下提供幾乎相 同的傳遞轉(zhuǎn)矩的可能性。另一個(gè)原因在于，材料可通過(guò)空心體被送走。這首
先可以實(shí)現(xiàn)有效地鉆長(zhǎng)孔。這種鉆出物質(zhì)(Bohrgut)由在管的頂端的工具、 例如借助于沖洗水通過(guò)空心軸向上沖洗。這種技術(shù)的典型應(yīng)用也就是用于水 或石油的深孔鉆探。這種鉆出物質(zhì)借助于從上面送入的流體通過(guò)管(鉆孔工 具位于其頂端)的中心被通出。
在尺寸完全不同的情況下，空心軸在關(guān)節(jié)內(nèi)窺檢查的外科手術(shù)領(lǐng)域 (arthroskopischen 0perat ionstechnik )中得至!j 了完全不同的應(yīng)用。在兩 個(gè)彼此伸入的薄壁的管的端部安置有外科切割儀器如在WO 00/45713或DE44 22 426中所給出的。這些裝置在關(guān)節(jié)內(nèi)窺檢查中以良好的效果使用，方式是 它們按照應(yīng)用范圍和使用情況配以不同的切割頭、切削刃和開(kāi)口。它們?cè)趹?yīng) 用方面深受歡迎的原因在于，可以微小的外科介入并且精密地對(duì)關(guān)節(jié)中的病 態(tài)的或事故引起的改變進(jìn)行矯正，而不會(huì)引起組織和肌肉的大損傷。這種類 型的典型儀器在DE44 22 426中給出。
切割頭和切削刃幾何形狀的形成在多個(gè)文獻(xiàn)中示出并且被詳細(xì)說(shuō)明。這 些外科切割儀器始終基于這樣的技術(shù)，即被切除的材料通過(guò)管導(dǎo)出。
只要這些管是直的，不僅對(duì)地質(zhì)鉆探來(lái)說(shuō)還是對(duì)關(guān)節(jié)內(nèi)窺檢查中的非常 精細(xì)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這都不會(huì)帶來(lái)太大的問(wèn)題。直徑在幾亳米范圍內(nèi)的薄壁管的制造以今天已知的技術(shù)和材料是沒(méi)有問(wèn)題的。但是，現(xiàn)在這樣的要求已經(jīng) 顯現(xiàn)，即具有不僅是直的而且是彎曲的儀器，利用這種儀器可繞拐角進(jìn)行工
作。例如，可在EP 0 445 918中找到為外科形成這種彎曲的切割儀器的技術(shù) 的觀點(diǎn)。對(duì)于地質(zhì)鉆探，已于1947年在US2， 515， 365中描述有在這一方 向上的可能性。按照EP 0 445 918的設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在于，在旋轉(zhuǎn)時(shí)總是允許 靈活彎曲的開(kāi)口之間的儀器具有很多個(gè)"橋"，在每次旋轉(zhuǎn)時(shí)這些橋在彈性 區(qū)域中彎曲和伸展。對(duì)于外科使用的空心軸而言，在遠(yuǎn)超過(guò)1000 rpm/min的 高旋轉(zhuǎn)速度情況下，在"橋"上的交變彎曲載荷是極大的。后果經(jīng)常是空心 軸斷裂。因此，按照這種原理制成的裝置不可靠。當(dāng)通過(guò)柔性空心軸驅(qū)動(dòng)的 工具要以較大的力鉆孔或切割時(shí)，上述"橋"剛好就會(huì)出現(xiàn)斷裂。
自然地，將橋的載荷保持在一定范圍內(nèi)的可行方案在于，在進(jìn)行彎曲的 地方將角度保持地盡可能小。這使得以這種空心軸裝配的儀器所作的曲線的 半徑必須相當(dāng)大。另一方面，也就是說(shuō)空心軸的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，主動(dòng)管與從動(dòng)管 之間的空心軸應(yīng)作出的期望角度必須越大。以這種設(shè)計(jì)不可能達(dá)到這樣窄小 的半徑，即人們以這種半徑完全到達(dá)小生境。
EP 0445 918的申請(qǐng)人意識(shí)到這種情況并由此進(jìn)行了另一個(gè)申請(qǐng)EP 0 840 572，該申請(qǐng)指出了所設(shè)計(jì)的新技術(shù)。申請(qǐng)人將地質(zhì)鉆探領(lǐng)域中自1947年以 來(lái)以Zublin的專利US 2,515, 365已知的原理用到外科切割設(shè)備的應(yīng)用中。 槽縫選擇為螺旋狀延伸的類似燕尾狀的布置。但是，在實(shí)踐中仍然存在問(wèn)題。 雖然承受交變彎曲載荷的"橋"的數(shù)量顯著減少，但是并沒(méi)有消除?？蓪?shí)現(xiàn) 的最小半徑一直還是比較大。對(duì)于這種構(gòu)造類型的柔性空心軸，如果人們要 獲得該裝置的合適長(zhǎng)度，該最小半徑容許大致約30°的彎曲。
另一個(gè)問(wèn)題在制造這種裝置時(shí)出現(xiàn)。這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力的檢測(cè)非常困 難。由于開(kāi)口為燕尾狀、形狀鎖合并且螺旋狀布置，所以在哪里找到該設(shè)計(jì) 的主要受載部位是不清楚的。因此，對(duì)于該結(jié)構(gòu)，將出現(xiàn)的力相應(yīng)地形成在 正確的部位是困難的。這造成使用這種柔性空心軸不安全。已知這樣形成的 柔性空心軸在使用時(shí)斷裂。這些柔性空心軸以遠(yuǎn)超過(guò)1000rpm的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。它們?cè)诎玫墓苤醒?伸。對(duì)于固定的"橋"，這意味著每分鐘遠(yuǎn)超過(guò)1000次的交變載荷。使用一 次短暫地會(huì)持續(xù)10至20分鐘，從而達(dá)到50000次的交變載荷，材料變得疲 勞。僅在非常受限制的物質(zhì)中，金屬才可以在彈性區(qū)域中承受這種條件。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在，本發(fā)明的任務(wù)在于制造一種柔性空心軸，在半徑為幾厘米時(shí)，利 用該柔性空心軸可實(shí)現(xiàn)超過(guò)90。的圓弧，此時(shí)不會(huì)使材料遭受交變的彎曲載 荷。在1000至8000換向的振動(dòng)和1000至16000rpm的前進(jìn)和后退的轉(zhuǎn)速的 情況下使用設(shè)備時(shí)，該任務(wù)也必須能實(shí)現(xiàn)。到目前為止，已知的空心軸結(jié)構(gòu) 不能提供這種可能性。
本發(fā)明的具有權(quán)利要求1的特征的柔性空心軸可解決該任務(wù)。根據(jù)本發(fā) 明的其它特征由從屬權(quán)利要求給出并且下面對(duì)它們的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖i具有中部管元件的柔性空心軸； 圖2中部管元件；
圖3具有柔性空心軸的外科切割儀器；
圖4燕尾連接的布置；
圖5具有多個(gè)中部管元件的柔性空心軸；
圖6具有多個(gè)通過(guò)橋接部連接的中部管元件的柔性空心軸。
具體實(shí)施例方式
附圖示出優(yōu)選的示例性實(shí)施方案，在以下說(shuō)明中對(duì)它進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 圖1示出本發(fā)明類型的柔性空心軸1,具有主動(dòng)管2、中部管3和從動(dòng)管
4，以及包含這些元件的導(dǎo)向管5。這些部件基本上沒(méi)有固定的相互連接，而
構(gòu)造成彼此獨(dú)立的并且分開(kāi)的部件。主動(dòng)管2在一端具有燕尾狀的終端部202。在另一端，例如在外科切割儀 器上，連接部件位于主動(dòng)單元上，該主動(dòng)單元借助于渦輪驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生遠(yuǎn)超 過(guò)1000rpm的轉(zhuǎn)速。如果根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的空心軸使用于例如深孔鉆探中，
則這種轉(zhuǎn)速具有小很多的高旋轉(zhuǎn)速度。
從動(dòng)管4在一端具有燕尾狀的終端部201。在其另一端，安置有例如工具 以作為柔性空心軸1的受驅(qū)動(dòng)的部件。如在圖3中所示，外科切割工具例如 是精密的刀具。用于深孔鉆探的工具配備有鉆頭，這些鉆頭在本專業(yè)領(lǐng)域是 通用的。
實(shí)驗(yàn)表明可以省去中部管3。那樣，主動(dòng)管2和從動(dòng)管4則以其相互形狀 鎖合匹配的終端部202和終端部20'直接接合并且可達(dá)到的角度^對(duì)應(yīng)于可達(dá) 到的角度cc，人們可用分開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
然而，通常由至少一個(gè)中部管元件30制成的中部管3嵌入在主動(dòng)管2和 從動(dòng)管4之間。中部管元件30 (圖2 )在一端具有燕尾狀的終端部20'并且在 另一端具有燕尾狀的終端部202。每個(gè)燕尾狀的終端部2(^在其形狀上適配燕 尾狀的終端部202,其中產(chǎn)生具有游隙11的粗糙的形狀鎖合的連接，通過(guò)該 連接可傳遞轉(zhuǎn)矩。
燕尾狀的終端部202和終端部20'繞理論的分離部位IO形成。實(shí)際存在的 分離線沿管的圓周并且繞這種理論的分離部位10燕尾狀地蜿蜒而成。在實(shí)際 的分離部位、燕尾狀的終端部2()2和2(y之間，按照所給定的需求設(shè)置0.01mm 和0. 5mm的游隙11。這使得各個(gè)元件(主動(dòng)管2、中部管3以及從動(dòng)管4 )的 縱向軸線可彼此以角度ct存在?，F(xiàn)在當(dāng)空心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，游隙ll在圓周處沿著 燕尾狀的終端部202和201 "游移"并且允許以這種方式使軸線彼此以角度oc 旋轉(zhuǎn)，然而元件之間的力傳遞得到保證。不僅金屬的彈性或者甚至說(shuō)金屬的 變形，而且在分離時(shí)在圓周處沿著理論的分離部位10的燕尾狀的終端部202 和201 "游移"的游隙11可以通過(guò)中部管3實(shí)現(xiàn)所產(chǎn)生的空心軸1的合成的 "柔性彎曲"并且確保所希望的力傳遞。
為了各個(gè)元件被導(dǎo)向，柔性空心軸1的所有元件通過(guò)導(dǎo)向管5保持、存放和導(dǎo)向。整個(gè)由柔性空心軸1和導(dǎo)向管5組成的單元40 (圖3)彎曲一個(gè) 固定的角度P 。該描繪安裝完成后的設(shè)備的角度P是固定的并且不是靈活 的。但是，在導(dǎo)向管5中導(dǎo)向的柔性空心軸1可以實(shí)現(xiàn)"轉(zhuǎn)矩繞過(guò)彎曲部" 的傳遞。圖3示出在外科切割儀器40上的應(yīng)用。前述類型的柔性空心軸l可 以克服在半徑12小、例如在5-10cm時(shí)直至超過(guò)90。的角度并且克服遠(yuǎn)超過(guò) 1000rpm的轉(zhuǎn)速。
只有通過(guò)柔性空心軸的前述結(jié)構(gòu)才可實(shí)現(xiàn)上述性能。人們可以通過(guò)使中 部管元件30的長(zhǎng)度31 (圖2)與燕尾狀的終端部20的高度32相匹配來(lái)實(shí)現(xiàn) 它。使多個(gè)短的中部軸元件30具有燕尾狀的終端部20的小的高度32可實(shí)現(xiàn) 小的半徑12。不過(guò)，出于機(jī)械的原因，中部管元件30的最小尺寸視柔性空心 軸1的直徑13的情況(圖2)受限制。還注意到，待克服的角度P的數(shù)量級(jí) 與所使用的中部管元件的數(shù)量相關(guān)。所使用的中部管元件30越多，角度P越 大，因?yàn)榻嵌萈由各個(gè)元件之間的各個(gè)角度oc組成。
燕尾形狀在空心軸的周向上的布置盡可能隨機(jī)。但必須滿足這樣的條 件，即必須始終一個(gè)終端部20'配合一個(gè)終端部202,其中從動(dòng)管4的終端部 20'和主動(dòng)管2的終端部202分別構(gòu)造成20'和202并且必須配合鄰接的中部管 元件30的終端部202和201。
圖4示出燕尾狀終端部2(T和202的布置的一種可能性。視圖示出各個(gè)中 部管元件30在圓周14上的展開(kāi)，該圓周對(duì)應(yīng)于3. 14乘以管的直徑13。這種 布置可以是任意的。必要條件是，終端部20'和2()2必須分別成對(duì)地彼此適配。 剛好在該視圖中還示出，各個(gè)中部管元件30之間的游隙ll形成在成對(duì)的終 端部20'和202中。按照方案，從動(dòng)管4或主動(dòng)管2的終端部20'或202與鄰 接的中部管元件30的終端部2(T或202形成一對(duì)。
在圖5中示出在組合狀態(tài)下的柔性空心軸1,具有由多個(gè)中部管元件30 組成的中部管3、主動(dòng)管2和從動(dòng)管4。為了實(shí)現(xiàn)使用柔性空心軸1時(shí)較安靜 的運(yùn)轉(zhuǎn)，中部管元件30的燕尾狀的分離線20-如在圖4中所示-不僅規(guī)律地 在圓周上分布，而且以隨機(jī)的方式設(shè)置，如在圖5中所示。主動(dòng)管2、從動(dòng)管4和中部管元件30之間的最佳游隙ll這樣實(shí)現(xiàn)，即空 心軸可進(jìn)入為此專門設(shè)置的導(dǎo)向管5中。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)這種進(jìn)入的方式顯
著降低了運(yùn)行期間柔性空心軸l所產(chǎn)生的噪聲。同時(shí)，所有成對(duì)接合的終端 部2(T和202之間的游隙11也被位置適配地調(diào)整。
到目前為止所描述的空心軸1在中部管元件30之間或中部管元件30、主 動(dòng)管2和從動(dòng)管4之間具有0. 01 - 0. 5mm的游隙11。該游隙11僅可以使空心 軸1在導(dǎo)向管5中旋轉(zhuǎn)。然而，由于在具有在彎曲的位置中弧線的外徑上的 通過(guò)游隙11的開(kāi)口的情況下存在通過(guò)抽吸實(shí)現(xiàn)的穿過(guò)空心軸1的回沖，這如 果不是完全阻礙，至少會(huì)妨礙抽吸，所以產(chǎn)生缺點(diǎn)。為了消除這種缺點(diǎn)，給 出了不同的方法，在實(shí)驗(yàn)中這些方法在技術(shù)上被驗(yàn)證和實(shí)施。
人們可以在將柔性空心軸1插入到導(dǎo)向管5之前將其浸入到塑料溶液 中，以使空心軸1的部件涂敷有柔性的塑料涂層。因?yàn)橛蜗秎l是十分之一毫 米范圍內(nèi)的開(kāi)口，所以為此目的可使用可穿透的彈性材料，該材料粘附空心 軸的材料。另一種方案在于，在空心軸l中插入一種由彈性材料制成的軟管 并且通過(guò)膨脹工具按壓，從而使軟管的材料粘附在空心軸的材料上。這種膨 脹工具可以是可充氣的氣球狀的裝置，類似地使用于收縮的心臟管狀血管的 膨脹。
也許最簡(jiǎn)單的方法在于，使軟管繞空心軸安置并且隨后借助于收縮包裹 空心軸的外徑。這種方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即與軟管和空心軸的材料無(wú)關(guān)， 在該方案中所收縮的材料通過(guò)其固有的彈性粘附在空心軸上?？招妮S1可通 過(guò)上述措施中的任何一種來(lái)非常有效地密封。
可使用專門的方法來(lái)制造空心軸1，該方法簡(jiǎn)化制造過(guò)程并且主要簡(jiǎn)化在 制造過(guò)程期間對(duì)空心軸的處理如在圖4中所示，橋接部21置入在空心軸1 的各個(gè)部件之間。這些橋接部這樣布置，即它們?cè)诳招妮S1 (該空心軸應(yīng)在導(dǎo) 向管5中)的第一次彎曲時(shí)斷開(kāi)，但不在空心軸1的部件上留下痕跡。在圖6 中示出，斷開(kāi)的橋接部21的殘余部件怎樣保持在空心軸的部件上。這種方法 的應(yīng)用提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即在生產(chǎn)過(guò)程中可完全地利用直的、圓柱狀空心軸l。所以，例如可以這樣較簡(jiǎn)單地對(duì)已分開(kāi)的部分進(jìn)行表面處理，即空心軸
l具有直的并且穩(wěn)定的形狀。如果部件2、 30和4在該階段已經(jīng)彼此獨(dú)立，那 么這種松松地、彼此保持的部件2、 30和4的處理是困難的。尤其是以柔韌 并且彈性的軟管安置或包裹空心軸1也變得非常困難。
在這種情況下，空心軸1置入導(dǎo)向管5以空心軸1的、直接通過(guò)橋接部 21保持的形式進(jìn)行。現(xiàn)在空心軸l一彎曲，應(yīng)斷開(kāi)部位就斷開(kāi)。但是，如果 作為主動(dòng)軸置入的空心軸1自身開(kāi)始以高轉(zhuǎn)速在彎曲的導(dǎo)向管5中旋轉(zhuǎn)，則 它們最晚斷開(kāi)。
對(duì)今天可使用的制造技術(shù)來(lái)說(shuō)，將這種橋接部21制造成應(yīng)斷開(kāi)部位不是 問(wèn)題?？梢允褂盟械闹圃旆椒?，如激光切割、侵蝕或蝕刻，即橋接部21不 僅可以存在，而且它們也可以具有作為應(yīng)斷開(kāi)部位使用所需要的尺寸。
權(quán)利要求
1.柔性空心軸，該柔性空心軸由主動(dòng)管、至少一個(gè)中部管和從動(dòng)管裝配而成，其特征在于，所述主動(dòng)管(2)、所述中部管(3)和所述從動(dòng)管(4)是彼此分開(kāi)的獨(dú)立的單個(gè)部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔性空心軸，其特征在于，所述中部管(3) 由至少一個(gè)中部管元件(30)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性空心軸，其特征在于，各個(gè)中部管元件( 30)是彼此獨(dú)立的零件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔性空心軸，其特征在于，所述主動(dòng)管(2)、 所述中部管(3)和所述從動(dòng)管(4)在導(dǎo)向管(5)中被保持和導(dǎo)向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔性空心軸，其特征在于，所述中部管元件( 30)在一端在垂至于軸線的、在周向延伸的理論的分離線(10)上具有圍作 用的燕尾狀的終端部(20nl),并且在另一端具有與接下來(lái)的中部管元件(30)的第一燕尾狀的終端部(20nl)相適配的終端部(20n2)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性空心軸，其特征在于，所述燕尾狀的終端 部(201)與燕尾狀的終端部(202 )形狀鎖合地連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔性空心軸，其特征在于，所述主動(dòng)管(2) 在朝向中部管(3)的側(cè)上在垂至于軸線的、在周向延伸的理論的分離線(10 )上形成圍作用該理論的分離線(10)的燕尾狀的終端部(202 )。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔性空心軸，其特征在于，所述從動(dòng)管(4) 在朝向中部管(3)的側(cè)上在垂至于軸線的、在周向延伸的理論的分離線(10 )上形成圍作用該理論的分離線(10)的燕尾狀的終端部(201)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的柔性空心軸，其特征在于，所述主動(dòng)管(2) 的燕尾狀的終端部(202 )與第一中部管元件(30)的第一燕尾狀的終端部(2 0")形狀配合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的柔性空心軸，其特征在于，所述從動(dòng)管(4)的燕尾狀的終端部(201)與最后一個(gè)中部管元件(30)的第二燕尾狀的終端 部(20n2)形狀配合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性空心軸，其特征在于，中部管元件(30)的第二燕尾狀的終端部(20n2)與接下來(lái)的中部管元件(30)的第一燕尾狀 的終端部(20nl)形狀配合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)所述的柔性空心軸，其特征在于，在 所有彼此結(jié)合的主動(dòng)管(2)的燕尾狀的終端部(202 )、中部管(30)的燕尾 狀的終端部(20nl、 20n2)和從動(dòng)管(4)的燕尾狀的終端部(201)之間分別存 在一個(gè)0. 01-0. 5mm的游隙(11 )。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔性空心軸，其特征在于，所述柔性空心軸 (1)具有包裹主動(dòng)管(2)、中部管元件(30)和從動(dòng)管(4)并且連接這些部件的塑料涂層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔性空心軸，其特征在于，在柔性的空心軸l 、即在主動(dòng)管(2)、中部管(3)和從動(dòng)管(4)中形狀鎖合地插配有貫穿這 些部件的內(nèi)徑的薄的塑料軟管。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的柔性空心軸，其特征在于，在柔性空心軸( l)上，即在主動(dòng)管(2)、中部管(3)及從動(dòng)管(4)上套裹有包圍所有這些 部件的塑料軟管，該塑料軟管位于空心軸(1)的部件與導(dǎo)向管(5)之間并 且與空心軸(1)的部件固定的連接。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔性空心軸，其特征在于，各個(gè)部件即主動(dòng) 管(2)、所有中部管元件(30)及從動(dòng)管(4)以橋接部(21)連接，其中， 這些橋接部(21)在小的力作用下斷開(kāi)，從而使主動(dòng)管(2)、中部管元件(3 0)和從動(dòng)管(4)在所述空心軸(1)在彎曲的導(dǎo)向管(5)中首次旋轉(zhuǎn)時(shí)變 成獨(dú)立的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性空心軸(1)，該柔性空心軸通過(guò)各個(gè)部件以燕尾狀的分離部位(10)的連接而確保在半徑上的力傳遞。
文檔編號(hào)A61B17/32GK101316557SQ200680044363
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月5日
發(fā)明者奧蘭多·達(dá)羅德 申請(qǐng)人:奧蘭多·達(dá)羅德