DE102021102864B3

DE102021102864B3 - Federkontaktring

Info

Publication number: DE102021102864B3
Application number: DE102021102864.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Jung; Josef Roth
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Medevio & Co Kg De GmbH
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2041-02-09
Also published as: US20220255254A1; US11978975B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen monolithischen Federkontaktring, bevorzugt zur Verwendung in einer medizinischen Elektrode, umfassend einen Außenring und eine Vielzahl von elastisch verformbaren bandförmigen Federelementen, welche jeweils zwei gekrümmte Verbinder umfassen, die eine kontinuierlich verlaufende, spaltfreie Verbindung zwischen dem Außenring und dem jeweiligen Federelement bilden, wobei die Federelemente sich jeweils kontinuierlich vom ersten Verbinder über eine erste Biegung, einen Mittelteil des Federelements, und eine zweite Biegung zum zweiten Verbinder erstrecken, wobei das Mittelteil eine Vorderseite umfasst, welche in Richtung der Mittelachse des Außenrings weist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Federkontaktring, welcher insbesondere im Bereich der Medizintechnik Verwendung finden kann, beispielsweise in Pulsgeneratoren, die im Zusammenhang mit aktiven implantierbaren medizinischen Geräten verwendet werden.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Federkontaktelemente dienen der Verbindung zweier verschiedener elektrischer Bauteile. Im Bereich der Medizintechnik werden besondere Ansprüche an die Zuverlässigkeit dieser Bauteile gestellt. Beispielsweise sollte ein solches Kontaktelement auch nach mehrmaligem Ein- und Ausstecken des Kontaktstifts eine stabile elektrische Verbindung gewährleisten. Ein beispielhaftes Federkontaktelement zur Verwendung im Bereich der Medizintechnik ist in EP 2 614 856 A1 offenbart. Die im Stand der Technik verwendeten Kontaktelemente bestehen üblicherweise aus mehreren Bestandteilen und weisen dadurch bauartbedingt eine erhöhte Fehleranfälligkeit auf. Zudem sind sie oft aufwändig herzustellen.
Die US 2020 / 0 155 827 A1 offenbart ein Kontaktringelement zum elektrischen Koppeln einer medizinischen Leitung mit einem implantierbaren medizinischen Gerät, umfassend einen röhrenförmigen Körper, der einen Hohlraum definiert, der konfiguriert ist, um eine Leitung aufzunehmen, und eine Vielzahl von elastisch auslenkbaren Elementen, die sich von dem röhrenförmigen Körper in den Hohlraum erstrecken, wobei jedes der elastisch auslenkbaren Elemente einen Leitungskontaktabschnitt aufweist, der dazu konfiguriert ist, eine Leitung zu kontaktieren, wenn die Leitung in dem Hohlraum aufgenommen wird.
Die US 2005 / 0 033 138 A1 offenbart eine elektrische Verbinderbaugruppe für ein medizinisches Gerät, umfassend ein Elastomerelement, das ein Loch definiert, um einen Abschnitt einer medizinischen Leitung aufzunehmen; und ein leitfähiges Element, das einem Ende des elastomeren Elements entspricht, so dass beim Einführen der medizinischen Leitung durch das Loch das leitfähige Element elektrisch an ein elektrisches Kontaktelement der medizinischen Leitung gekoppelt wird.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eines oder mehrere der oben geschilderten und weitere Probleme des Stands der Technik zu lösen. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung eine einfache und kostengünstige Herstellung von Federkontaktringen mit hoher Zuverlässigkeit.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen, insbesondere denjenigen, die in den Patentansprüchen beschrieben sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.

|1| Monolithischer Federkontaktring, bevorzugt zur Verwendung in einer medizinischen Elektrode, umfassend einen Außenring und eine Vielzahl von elastisch verformbaren bandförmigen Federelementen, welche jeweils zwei gekrümmte Verbinder umfassen, die eine kontinuierlich verlaufende, spaltfreie Verbindung zwischen dem Außenring und dem jeweiligen Federelement bilden, wobei die Federelemente sich jeweils kontinuierlich vom ersten Verbinder über eine erste Biegung, einen Mittelteil des Federelements, und eine zweite Biegung zum zweiten Verbinder erstrecken, wobei das Mittelteil eine Vorderseite umfasst, welche in Richtung der Mittelachse des Außenrings weist.
|2| Federkontaktring gemäß Ausführungsform 1, wobei das Mittelteil durch die erste Biegung und die zweite Biegung begrenzt und definiert ist.
|3| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Mittelteil eine Form aufweist, welche einen einheitlichen Abstand zur Mittelachse des Außenrings aufweist.
|4| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Vorderseite eine zur Außenseite des Außenrings parallele Oberfläche aufweist oder konisch oder wellenförmig ist.
|5| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Federelemente angeordnet und eingerichtet sind, dass beim Einstecken eines zylindrischen Kontaktstifts in den Federkontaktring im Wesentlichen ausschließlich radiale Verformungskräfte auf die Federelemente wirken.
|6| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Federelemente angeordnet und eingerichtet sind, dass die Federkonstante der Federelemente maßgeblich durch den Krümmungsgrad der beiden Verbinder und/oder der beiden Biegungen bestimmt ist.
|7| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Federelemente angeordnet und eingerichtet sind, dass die Federkonstante der Federelemente maßgeblich durch deren Wandstärke bestimmt ist.
|8| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Vorderseite ein Gewinde umfasst.
|9| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Vorderseite einen Abschnitt mit erhöhter Wandstärke umfasst.
|10| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Außenring Pt oder eine Pt-Legierung, bevorzugt Ptlr, umfasst.
|11| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Federelemente MP35N umfassen.
|12| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, welcher genau 2, 3, oder 4 gleichartige Federelemente umfasst.
|13| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, welcher kein anderes Federelement als die Federelemente umfasst.
|14| Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Biegungen in Richtung des Außenrings eine zunehmende oder abnehmende Wandstärke aufweisen.
|15| Medizinischer Pulsgenerator oder Detektor, umfassend einen Federkontaktring gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen.

Figurenliste
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.

1 zeigt eine perspektivisch dargestellte Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Federkontaktring.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Federkontaktring mit Gewinde.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Federkontaktring mit einem Federelement, welches parallel zur Mittelachse verläuft.
4 zeigt einen erfindungsgemäßen Federkontaktring mit einem Federelement, welches schräg zur Mittelachse verläuft.
5 zeigt einen erfindungsgemäßen Federkontaktring mit einem Federelement, welches wellenförmig ausgestaltet ist.
6 verdeutlicht die Anordnung der Federelemente relativ zum Außenring des Federkontaktrings.
7 zeigt eine perspektivisch dargestellte Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Federkontaktring mit hantelförmigen Federelementen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zu den hierin beschriebenen Ausführungsformen, deren Elemente ein bestimmtes Merkmal (z.B. ein Material) „aufweisen“, oder „umfassen“ wird grundsätzlich immer eine weitere Ausführungsform erwogen, in denen das betreffende Element allein aus dem Merkmal besteht, d.h. keine weiteren Bestandteile umfasst. Das Wort „umfassen“ oder „umfassend“ wird hierin synonym mit dem Wort „aufweisen“ oder „aufweisend“ verwendet, und schließt das Vorhandensein weiterer Merkmale nicht aus.
Wenn in einer Ausführungsform ein Element mit dem Singular bezeichnet ist, wird ebenfalls eine Ausführungsform erwogen, bei denen mehrere dieser Elemente vorhanden sind. Die Verwendung eines Begriffs für ein Element im Plural umfasst grundsätzlich auch eine Ausführungsform, in welchem nur ein einzelnes entsprechendes Element enthalten ist.
Soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang eindeutig ausgeschlossen, ist es grundsätzlich möglich und wird hiermit eindeutig in Betracht gezogen, dass Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen auch in den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein können. Ebenso wird grundsätzlich erwogen, dass alle Merkmale, die hierin in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch in den hierin beschriebenen Erzeugnissen und Vorrichtungen vorhanden sein können bzw. anwendbar sind, und umgekehrt. Lediglich aus Gründen der knapperen Darstellung werden alle diese erwogenen Kombinationen nicht in allen Fällen explizit aufgeführt. Auch technische Lösungen, die zu den hierin beschriebenen Merkmalen bekanntermaßen gleichwertig sind, sollen grundsätzlich vom Umfang der Erfindung umfasst sein.
In einem ersten Aspekt wird ein monolithischer Federkontaktring beschrieben, welcher bevorzugt zur Verwendung in einer medizinischen Elektrode geeignet ist. Der Federkontaktring umfasst einen Außenring und eine Vielzahl von elastisch verformbaren bandförmigen Federelementen. Diese bandförmigen Federelemente umfassen jeweils zwei gekrümmte Verbinder. Diese Verbinder bilden eine kontinuierlich verlaufende, spaltfreie Verbindung zwischen dem Außenring und dem jeweiligen Federelement. Die Federelemente erstrecken sich jeweils kontinuierlich vom ersten Verbinder über eine erste Biegung, einen Mittelteil des Federelements, und eine zweite Biegung zum zweiten Verbinder. Das Mittelteil umfasst eine Vorderseite, welche in Richtung der Mittelachse des Außenrings weist.
Der erfindungsgemäße Federkontaktring ist monolithisch, d. h. es besteht aus einem einzigen Material oder einem festen Materialverbund, welcher nicht einzeln aus mehreren Komponenten zusammengesetzt werden muss. Die Federelemente sind bandförmig, d. h. ihr Querschnitt ist nicht kreisförmig, sondern beispielsweise D-förmig oder annähernd rechteckig. Bevorzugt weisen die Federelemente in Richtung der Mittelachse eine ebene Oberfläche auf, oder eine Oberfläche mit nur geringfügiger Krümmung, beispielsweise eine Krümmung, die nicht wesentlich höher ist als die Krümmung des Außenrings. Dies führt zu einer relativ großen Kontaktfläche, wenn die Federelemente eine elektrische Verbindung mit einem eingesteckten Kontaktstift ausbilden. Die bandförmigen Federelemente können also einen großflächigeren Kontakt mit einem Kontaktstift ausbilden, als dies bei Federkontakten im Stand der Technik der Fall ist, bei welchen die entsprechenden Federelemente durch einen Draht gebildet werden. Die Federelemente sind elastisch verformbar, d. h. sie können durch das Einstecken eines Kontaktstifts verformt werden, erhalten aber nach dem Entfernen des Kontaktstifts aus dem Federkontaktring im Wesentlichen vollständig ihre ursprüngliche Form zurück. Dies ist wichtig, damit auch bei häufigem Gebrauch, d. h. nach häufigem Einstecken und Ausstecken eines Kontaktstifts, des Federkontaktrings eine stabile elektrische Verbindung gewährleistet ist. Aufgrund der elastischen Verformbarkeit der Federelemente verändert sich der durch die Vorderseiten der Mittelteile der Federelemente definierte Innendurchmesser des Federkontakts nicht oder nur geringfügig, wenn ein Kontaktstift mit größerem Durchmesser als diesem Innendurchmesser in das Federelement eingesteckt und wieder ausgesteckt wird. Beispielsweise ändert sich der Innendurchmesser des Federkontakts nach einmaligem Ein- und wieder Ausstecken eines Kontaktstifts um weniger als 5%, bevorzugt weniger als 4%, 3%, 2% oder weniger als 1%, bezogen auf den ursprünglichen Innendurchmesser des Federkontakts.
Die Federelemente sind jeweils über zwei gekrümmte Verbinder mit dem Außenring verbunden. Der erste Verbinder und der zweite Verbinder sind jeweils unmittelbar am Außenring angeordnet. Die Federelemente besitzen bevorzugt eine kontinuierliche Form, d. h. sie haben kein offenes Ende. Die Federelemente umfassen ein Mittelteil, welches von zwei Biegungen im Federelement begrenzt wird. Diese Biegungen sind nicht identisch mit den Verbindern. Bevorzugt umfassen die Federelemente insgesamt vier gekrümmte Bereiche, nämlich zwei gekrümmte Verbinder und zwei Biegungen, wobei letztere gemeinsam das Mittelteil der Federelemente definieren. Das Mittelteil umfasst eine Vorderseite, welche in Richtung der Mittelachse des Außenrings weist. Die Vorderseite des Mittelteils ist bevorzugt angeordnet und eingerichtet, eine elektrische Verbindung mit einem Kontaktstift herzustellen, welcher in den Federkontaktring eingesteckt werden kann.
Bevorzugt sind der erste Verbinder und die erste Biegung in die zueinander entgegengesetzte Richtung gekrümmt. Bevorzugt sind der zweite Verbinder und die zweite Biegung in die zueinander entgegengesetzte Richtung gekrümmt. Dies bedeutet, dass ein Verbinder und die jeweils benachbarte Biegung gemeinsam eine Form bilden, die im Querschnitt dem Buchstaben S oder der Zahl 2 ähnelt.
Der Außendurchmesser eines Federkontaktrings kann beispielsweise 0,1 bis 10 mm betragen, bevorzugt 0,3 bis 3 mm. Der Innendurchmesser, bezogen auf den Bereich zwischen den Vorderseiten der Federelemente, kann beispielsweise 0,01 bis 9 mm betragen, bevorzugt 0,04 bis 4 mm. Die Länge eines Federkontaktrings entlang der Mittelachse kann beispielsweise 0,05 bis 20 mm oder bevorzugt 0,1 bis 10 mm betragen. Die Wandstärke des Außenrings kann beispielsweise 0,01 bis 3 mm oder bevorzugt 0,03 bis 1 mm betragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Mittelteil eine Form auf, welche einen einheitlichen Abstand zur Mittelachse des Außenrings aufweist. Hiermit ist gemeint, dass die Vorderseite des Mittelteils des Federelements im Wesentlichen überall, d. h. praktisch an allen Oberflächenpositionen der Vorderseite, gleich weit von der Mittelachse des Außenrings entfernt ist. Auf diese Weise kann eine besonders große Kontaktfläche zur Verbindung mit einem Kontaktstift bereitgestellt werden.
Die Vorderseite des Mittelteils des Federelements kann so ausgestaltet sein, dass ihre Form im Wesentlichen einem Ausschnitt einer Mantelfläche eines Zylinders entspricht. Die Vorderseite kann beispielsweise im Wesentlichen parallel zur Außenseite des Außenrings, d. h. der zu der Mittelachse des Außenrings distalen Seite des Außenrings, ausgestaltet und angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Vorderseite des Mittelteils des Federelements konisch abgeschrägt sein, d. h. sie ist beispielsweise in einem Winkel zur Mittelachse des Außenrings angeordnet, der sich von 0° unterscheidet. In einer solchen Ausführungsform kann das Einstecken eines Kontaktstifts in den Federkontaktring erleichtert werden. In einigen Ausführungsformen hat die Vorderseite des Mittelteils des Federelements die Form einer Fläche, die gleichmäßig gekrümmt ist, d. h. ähnlich der Mantelfläche eines Zylinders. In anderen Ausführungsformen besitzt die Vorderseite des Mittelteils des Federelements eine wellenförmige Oberfläche. In einigen Ausführungsformen kann eine solche wellenförmige Oberfläche ausgestaltet und eingerichtet sein, beim Einstecken eines zylindrischen Kontaktstifts in eine Form überzugehen, die nicht mehr wellenförmig, sondern gleichmäßig gekrümmt ist, sodass sie sich beim Einstecken der Form des Kontaktstifts anpasst.
Bevorzugt sind die Federelemente angeordnet und eingerichtet, so dass beim Einstecken eines zylindrischen Kontaktstifts in den Federkontaktring im Wesentlichen ausschließlich radiale Verformungskräfte auf die Federelemente wirken. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Anordnung der ersten Biegung und der zweiten Biegung des Federelements erreicht werden.
Die erste Biegung und die zweite Biegung eines Federelements, welche das Federelement mit dem Außenring verbinden, sind bevorzugt in Richtung der Mittelachse des Außenrings an derselben longitudinalen Position des Außenrings angeordnet. Die Position der ersten Biegung und der zweiten unterscheidet sich daher bevorzugt im Wesentlichen nur in radialer Richtung des Außenrings. Bevorzugt sind die erste Biegung und die zweite Biegung an zwei Positionen des Außenrings angeordnet, welche in einer gemeinsamen transversalen Ebene in Bezug auf die Hauptachse des Außenrings liegen.
In einer Ausführungsform sind die Federelemente angeordnet und eingerichtet, so dass die Federkonstante der Federelemente maßgeblich durch den Krümmungsgrad der beiden Verbinder und/oder der beiden Biegungen bestimmt wird. In einer Ausführungsform wird die Federkonstante eines Federelements hauptsächlich durch den Krümmungsgrad der beiden Verbinder des Federelements bestimmt. Dies bedeutet, dass andere geometrische Merkmale des Federelements, insbesondere die Krümmung anderer Teile des Federelements, nur eine im Wesentlichen untergeordnete Rolle bei der Einstellung der Federkraft des Federelements spielen. Beispielsweise kann durch Veränderung des Krümmungsgrads der beiden Verbinder und/oder der beiden Biegungen die Federkonstante eines Federelements um mindestens 5 % oder bevorzugt mindestens 10 % verändert werden.
In einer Ausführungsform sind die Federelemente angeordnet und eingerichtet, so dass die Federkonstante der Federelemente maßgeblich durch deren Wandstärke bestimmt wird. Beispielsweise kann die Federkonstante der Federelemente durch die Dicke der ersten Biegung und der zweiten Biegung der Federelemente eingestellt werden. Die Federkonstante kann aber auch durch die Dicke der Vorderseite beeinflusst werden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorderseite hierzu einen Abschnitt mit erhöhter Wandstärke. Dies bedeutet, dass die Vorderseite insgesamt unterschiedliche Wandstärken in verschiedenen Positionen aufweist, beispielsweise eine höhere Wandstärke in der Mitte der Vorderseite im Vergleich zu den Randbereichen der Vorderseite. Beispielsweise kann durch Veränderung der Wandstärke des Federelements die Federkonstante eines Federelements um mindestens 5 % oder bevorzugt mindestens 10 % verändert werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Vorderseite des Mittelteils des Federelements ein Gewinde umfassen. Hierdurch ist es möglich, dass ein Kontaktstift mit einem entsprechend passenden Gewinde in den Federkontaktring eingeschraubt werden kann. Ein solches Gewinde kann durch rillenförmige Vertiefungen oder Aussparungen in der Vorderseite des Mittelteils ausgebildet sein. In einer Ausführungsform sind diese Aussparungen durchgängig ausbildet, d.h. sie unterbrechen die Vorderseite derart, dass die Aussparungen sich in radialer Richtung entlang der gesamten Dicke der Vorderseite erstrecken. In einer Ausführungsform wird das Gewinde durch Einschnitte in der Vorderseite des Mittelteils ausgebildet. Durch ein Gewinde kann die Fixierung eines Kontaktstifts verbessert werden, und insbesondere eine Verschiebung des Kontaktstifts entlang der Mittelachse des Federkontaktrings verhindert werden.
Der erfindungsgemäße Kontaktring kann beispielsweise eines oder mehrere der Metalle umfassen, welche ausgewählt sind aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, Cu, Ag, Mo, Nb, W, Ni, MP35N, 316L, 301, 304 und Federstahl. Der Federkontaktring kann auch mehrschichtige Materialsysteme aus diesen Metallen umfassen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Außenring Pt oder eine Pt-Legierung, bevorzugt Ptlr, oder besteht daraus. Beispiele für Ptlr umfassen Ptlr10 und Ptlr20. Ptlr10 ist eine Legierung aus 88 bis 92 % Platin und 8 bis 12 % Iridium.
Ptlr20 ist eine Legierung aus 78 bis 82 % Platin und 18 bis 22 % Iridium.
In einigen Ausführungsformen können die Federelemente MP35N umfassen, oder bestehen daraus. MP35 ist eine härtbare Legierung auf Nickel-Kobalt-Basis. Eine Variante von MP35 ist beschrieben in der Industrienorm ASTM F562-13. In einer Ausführungsform ist MP35 eine Legierung, die 33 bis 37% Co, 19 bis 21% Cr, 9 bis 11% Mo und 33 bis 37% Ni umfasst.
In einer Ausführungsform umfassen der Außenring und die Federelemente ein identisches Material. In einer Ausführungsform bestehen der Außenring und die Federelemente aus demselben Material. In einer Ausführungsform umfasst der Außenring Pt oder eine Pt-Legierung, und die Federelemente umfassen MP35N. Der Außenring und die Federelemente können entweder aus demselben Werkstück geformt sein, oder sie können aus mehreren Komponenten zu einem monolithischen Verbund zusammengefügt werden. Beispielsweise kann der Außenring mit den Federelementen verschweißt oder mithilfe eines Ziehverfahrens oder mittels Diffusionsbonden stoffschlüssig miteinander verbunden sein. In jedem Fall ist der Gesamtaufbau des Federkontaktrings monolithisch, d. h. der Außenring und die Federelemente bilden einen stoffschlüssigen Verbund miteinander aus. Unter Diffusionsbonden ist in der Regel ein Prozess zu verstehen, bei dem zwei ansonsten schwer mit einander in Verbindung zu bringende Körper aus unterschiedlichen Materialien zu einer stabilen Verbindung gebracht werden. Hierbei werden unter geeigneten Temperatur- und Druckverhältnissen zwei unterschiedliche Materialien in Kontakt gebracht und für eine bestimmte Zeit unter diesen Bedingungen gehalten. Unter diesen gegenüber Normalbedingungen meist erhöhten Temperaturen und Drücken auf die Verbindungsfläche der beiden Materialien, findet ein Stofftransport zwischen den beiden Körpern statt, der eine sehr stabile Verbindung zwischen den beiden Körpern herstellen kann.
Ein erfindungsgemäßer Federkontaktring kann mehrere gleichartige Federelemente umfassen, beispielsweise genau 2, 3, oder 4 gleichartige Federelemente, wie sie hierin beschrieben sind.
In einigen Ausführungsformen ist der Federkontaktring eingerichtet, einen Kontaktstift über die hierin beschriebenen Federelemente zu kontaktieren. In einigen Ausführungsformen umfasst der Federkontaktring kein anderes Federelement als die hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Federelemente. Dies bedeutet, dass alle im Federkontaktring enthaltenen Federelemente, welche zur Ausübung einer Federkraft auf einen Kontaktstift eingerichtet sind, erfindungsgemäße Federelemente sind, wie sie hierin beschrieben sind.
In einer Ausführungsform weisen die Biegungen eines Federelements in Richtung des Außenrings eine zunehmende Wandstärke auf, d. h. sie verjüngen sich in Richtung der Mittelachse des Außenrings, sind aber am direkten Übergang zum Außenring dicker ausgestaltet. In einer Ausführungsform weisen die Biegungen eines Federelements in Richtung des Außenrings eine abnehmende Wandstärke auf, d. h. sie verjüngen sich in Richtung des Außenrings, sind aber in Richtung der Mittelachse des Federkontaktrings dicker ausgestaltet.
Bevorzugt ist der Federkontaktring dazu eingerichtet, insgesamt mindestens drei Kontaktpunkte zwischen den Federelementen und einem eingesteckten zylinderförmigen Kontaktstift auszubilden. Hierzu kann der Federkontaktring mindestens drei erfindungsgemäße Federelemente umfassen, die jeweils mindestens einen Kontaktpunkt zu einem Kontaktstift ausbilden können. In entsprechender Weise kann der Federkontaktring auch eine höhere Anzahl von gleichartigen Federelementen umfassen, beispielsweise vier fünf oder sechs Federelemente, um einen eingesteckten zylinderförmigen Kontaktstift an jeweils mindestens einem Kontaktpunkt pro vorhandenem Federelement zu kontaktieren.
In einer Ausführungsform ist ein Federelement des Federkontaktrings hantelförmig ausgebildet, um einen eingesteckten zylinderförmigen Kontaktstift gleichzeitig an zwei verschiedenen Positionen zu kontaktieren. In entsprechender Weise kann der Federkontaktring auch eine höhere Anzahl von gleichartigen Federelementen umfassen, beispielsweise vier fünf oder sechs Federelemente, um einen eingesteckten zylinderförmigen Kontaktstift an jeweils mindestens zwei Kontaktpunkten pro vorhandenem Federelement zu kontaktieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren für die hierin beschriebenen Federkontaktringe. Das Herstellungsverfahren umfasst die Formung eines Federkontaktrings, umfassend einen Außenring und eine Vielzahl von elastisch verformbaren bandförmigen Federelementen, welche jeweils zwei gekrümmte Verbinder umfassen, die eine kontinuierlich verlaufende, spaltfreie Verbindung zwischen dem Außenring und dem jeweiligen Federelement bilden, wobei die Federelemente sich jeweils kontinuierlich vom ersten Verbinder über eine erste Biegung, einen Mittelteil des Federelements, und eine zweite Biegung zum zweiten Verbinder erstrecken, wobei das Mittelteil eine Vorderseite umfasst, welche in Richtung der Mittelachse des Außenrings weist.
In einer Ausführungsform ist das Herstellungsverfahren ein Ziehverfahren. Hierbei werden die Federkontaktringe aus rohrförmigen Vorformlingen hergestellt, welche jeweils einen entfernbaren Kern enthalten. Die erfindungsgemäßen Vorformlinge können beispielsweise mithilfe von Funkenerosion (EDM), Fräsen, Zerspanen, Laserbearbeitung oder 3D-Druck hergestellt werden. Hierbei können beispielsweise Außenring und Federelemente als zunächst getrennte Vorformlinge hergestellt werden. Diese können anschließend mithilfe eines Ziehverfahrens zusammengefügt werden und gleichzeitig auf den gewünschten Enddurchmesser geformt werden, wobei gegebenenfalls ein oder mehrere Glühschritte durchgeführt werden können. Anschließend können aus den rohrförmigen Werkstücken mithilfe eines Schneid- oder Trennverfahrens einzelne ringförmige Teile erhalten werden. Anschließend kann das Kernmaterial entfernt werden. Beispiele für Herstellungsverfahren, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind in der Patentanmeldung EP 3 530 314 A1 offenbart.
Alternativ kann auch die Endgeometrie der erfindungsgemäßen Federelemente unmittelbar mittels Zerspanungsverfahren, Erosionsverfahren, elektrochemischem Abtragen oder Laserbearbeitung hergestellt werden.
Gegebenenfalls können die erhaltenen Werkstücke anschließend geglüht werden und/oder eine Oberflächenbehandlung durchgeführt werden. Beispiele für Oberflächenbehandlungen sind Magnetgleitschleifen und Beschichtungsverfahren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Federkontaktring, der durch ein oben dargestelltes Verfahren herstellbar ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen medizinischen Stimulator oder Detektor, welcher einen Federkontaktring umfasst, wie er hierin beschrieben ist.
Ein Stimulator ist ein medizintechnisches Gerät, das durch Abgabe eines elektrischen Signals an den Körper eines Lebewesens eine physiologische Wirkung erzielen kann. Beispielsweise kann ein Neurostimulator durch Abgabe eines elektrischen Signals an eine Nervenzelle ein elektrisches Signal in der Nervenzelle (z.B. ein Aktionspotential) bewirken.
Ein Stimulator kann beispielsweise einen Pulsgenerator umfassen, beispielsweise zur Verwendung mit einem Herzschrittmacher oder einem Gerät zur Neurostimulation. Die Erfindung kann auch in Verbindung mit Stimulations- oder Messelektroden für Herzschrittmacherelektroden eingesetzt werden, insbesondere für ventrikuläre, Vorhof - und linksventrikuläre Zuleitungen. Die Erfindung kann auch zur Neurostimulation, zum Beispiel bei einer Rückenmarkstimulation, Magenstimulation, peripheren Nervenstimulation, oder einer Tiefenhirnstimulation eingesetzt werden. Des Weiteren ist ein Einsatz in Verbindung mit Kathetern zum Beispiel bei Elektrophysiologieanwendungen möglich, wie zum Beispiel für eine Ablation, Herzstrommessung oder ähnliches. Natürlich sind auch weitere Einsatzmöglichkeiten möglich. Beispiele für erfindungsgemäße Katheter sind solche, die für die elektrophysiologische Kartierung (Mapping) oder die Ablation von Gewebe eingerichtet sind. In einer Ausführungsform ist der Federkontaktring eingerichtet und/oder dazu bestimmt, in einem Generator einer aktiven implantierbaren Vorrichtung eingebaut zu werden. Ein Federkontaktring der Erfindung kann auch in Verbindung mit einem Sensor, d.h. einem medizintechnischen Gerät zur Aufnahme eines elektrischen Signals vom menschlichen Körper, verwendet werden.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter verdeutlicht, die jedoch nicht als einschränkend zu verstehen sind. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass anstelle der hier beschriebenen Merkmale andere äquivalente Mittel in ähnlicher Weise verwendet werden können.
FIGUREN
In den Figuren sind beispielhaft verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Federkontaktringe dargestellt.
1 zeigt eine perspektivisch dargestellte Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Federkontaktring. Der Federkontaktring umfasst einen Außenring 101, der eine Vielzahl von Federelementen 102 umfasst. Der Außenring 101 besitzt eine gedachte Mittelachse 108. Jedes Federelemente 102 umfasst einen ersten Verbinder 103 und einen zweiten Verbinder 104, über welche es jeweils unmittelbar mit dem Außenring 101 verbunden ist. Die Verbinder 103, 104 weisen eine gekrümmte Form auf. Der Winkel dieser Krümmung kann ungefähr 90° oder etwas weniger betragen, beispielsweise zwischen 75° und 90°.
In diesem Beispiel bestehen der Außenring 101 und die Federelemente 102 aus demselben Material, nämlich Ptlr10. Der Federkontaktring als Ganzes ist monolithisch ausgestaltet, d. h. es gibt keine erkennbare Materialgrenze zwischen dem Außenring 101 und den Federelementen 102. Die beiden Verbinder 103, 104 besitzen eine im Wesentlichen zueinander spiegelbildliche Form und bilden gemeinsam miteinander eine Stammstruktur, welche den übrigen Handtellerförmigen Teil des Federelements trägt. An den ersten Verbinder schließt sich ein im Wesentlichen geradliniger Teil des Federelements an, welcher sich zu einer ersten Biegung 106 erstreckt. Der Winkel der ersten Biegung 106 beträgt ungefähr 180°. Von der ersten Biegung 106 erstreckt sich der Mittelteil 105 des Federelements 102 bis zu einer zweiten Biegung 107, welche eine zur ersten Biegung 106 spiegelbildliche Form aufweist. Ihr Winkel beträgt ebenfalls ungefähr 180°. Der erste Verbinder 103 und die erste Biegung 106 sind jeweils in die zueinander entgegengesetzte Richtung gekrümmt. Der zweite Verbinder 104 und die zweite Biegung 107 sind jeweils in die zueinander entgegengesetzte Richtung gekrümmt.
Der Mittelteil 105 weist eine Vorderseite 109 auf, welche in Richtung der Mittelachse 108 angeordnet ist. Sie dient zur Herstellung eines möglichst großflächigen elektrischen Kontakts mit einem Kontaktstift (in 1 nicht gezeigt), der in den Federkontaktring eingesteckt werden kann. Über die zweite Biegung 107 erstreckt sich das Federelement weiter über einen weiteren im Wesentlichen geradlinigen Teil bis zum zweiten Verbinder 104, der wie oben beschrieben direkt in den Außenring 102 übergeht. Das Federelement 102 erstreckt sich somit vollständig linear von einer ersten Position des Außenrings 101, wo dieser mit dem ersten Verbinder 103 verbunden ist, bis zu einer zweiten Position des Außenrings 101, wo dieser mit dem zweiten Verbinder 104 verbunden ist. Zwischen dem ersten Verbinder 103 und dem zweiten Verbinder 104 weist das Federelement 102 somit kein freies, offenes Ende auf.
2 zeigt eine perspektivisch dargestellte Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federkontaktrings. Diese Ausführungsform ähnelt der in 1 gezeigten, weist jedoch zusätzlich ein Gewinde 111 auf der Vorderseite 109 des Mittelteils 105 auf. Mithilfe eines solchen Gewindes 111 kann ein Kontaktstift (in 2 nicht gezeigt) mit einem dazu passenden Gewinde in den Federkontaktring eingeschraubt werden.
3 zeigt skizzenhaft eine Ausführungsform eines Federkontaktrings, bei welchem die Vorderseite 109 des Mittelteils 105 parallel zur Mittelachse 108 angeordnet ist. Hierbei besitzen alle Punkte auf der Oberfläche der Vorderseite 109, die sich in derselben radialen Position befinden, jeweils den gleichen Abstand zur Mittelachse 108.
4 zeigt skizzenhaft eine Ausführungsform eines Federkontaktrings, bei welchem die Vorderseite 109 des Mittelteils 105 schräg zur Mittelachse 108 angeordnet ist. Hierbei besitzen mehrere Punkte auf der Oberfläche der Vorderseite 109, die sich in derselben radialen Position, aber an einer unterschiedlichen Position in axialer Richtung befinden, jeweils einen unterschiedlichen Abstand zur Mittelachse 108.
5 zeigt skizzenhaft eine Ausführungsform eines Federkontaktrings, bei welchem die Vorderseite 109 des Mittelteils 105 wellenförmig ausgestaltet ist. In diesem Beispiel haben mehrere Punkte auf der Oberfläche der Vorderseite 109, die sich in derselben axialen Position, aber an einer unterschiedlichen Position in radialer Richtung befinden, jeweils einen unterschiedlichen Abstand zur Mittelachse 108.
6 zeigt skizzenhaft eine Ausführungsform eines Federkontaktrings, bei welcher der erste Verbinder 103 und der zweite Verbinder 104 entlang einer Umlauflinie 110 angeordnet sind, welche auf dem Außenring 101 senkrecht zur Mittelachse 108 verläuft. Durch diese Anordnung kann erreicht werden, dass beim Einstecken eines Kontaktstifts (nicht gezeigt) die hierbei auftretenden Verformungskräfte nur in radialer Richtung auf das Federelement wirken.
7 zeigt eine perspektivisch dargestellte Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Federkontaktring mit hantelförmigen Federelementen 102. Hierbei sind die erste Biegung 106 und die zweite Biegung 107 ausladender ausgestaltet als in der in 1 dargestellten Ausführungsform, und der Mittelteil 105 ist stärker gekrümmt. Diese Krümmung ist deutlich stärker ausgeprägt als die Krümmung des Außenrings 101. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein eingesteckter Kontaktstift (nicht gezeigt) an mindestens zwei Punkten eines Federelements 102 kontaktiert und gehalten wird.

Claims

Monolithischer Federkontaktring, bevorzugt zur Verwendung in einer medizinischen Elektrode, umfassend einen Außenring (101) und eine Vielzahl von elastisch verformbaren bandförmigen Federelementen (102), welche jeweils zwei gekrümmte Verbinder (103, 104) umfassen, die eine kontinuierlich verlaufende, spaltfreie Verbindung zwischen dem Außenring und dem jeweiligen Federelement bilden, wobei die Federelemente sich jeweils kontinuierlich vom ersten Verbinder (103) über eine erste Biegung (106), einen Mittelteil (105) des Federelements, und eine zweite Biegung (107) zum zweiten Verbinder (104) erstrecken, wobei das Mittelteil (105) eine Vorderseite (109) umfasst, welche in Richtung der Mittelachse (108) des Außenrings (101) weist.
Federkontaktring gemäß Anspruch 1, wobei das Mittelteil (105) durch die erste Biegung (106) und die zweite Biegung (107) begrenzt und definiert ist.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mittelteil (105) eine Form aufweist, welche einen einheitlichen Abstand zur Mittelachse (108) des Außenrings (101) aufweist.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorderseite (109) eine zur Außenseite des Außenrings (101) parallele Oberfläche aufweist oder konisch oder wellenförmig ist.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Federelemente (102) angeordnet und eingerichtet sind, dass beim Einstecken eines zylindrischen Kontaktstifts in den Federkontaktring im Wesentlichen ausschließlich radiale Verformungskräfte auf die Federelemente wirken.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Federelemente (102) angeordnet und eingerichtet sind, dass die Federkonstante der Federelemente (102) maßgeblich durch den Krümmungsgrad der beiden Verbinder (103, 104) und/oder der beiden Biegungen (106, 107) bestimmt ist.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Federelemente (102) angeordnet und eingerichtet sind, dass die Federkonstante der Federelemente (102) maßgeblich durch deren Wandstärke bestimmt ist.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorderseite (109) ein Gewinde (111) umfasst.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorderseite (109) einen Abschnitt mit erhöhter Wandstärke umfasst.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Außenring (101) Pt oder eine Pt-Legierung, bevorzugt Ptlr, umfasst.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Federelemente (102) MP35N umfassen.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welcher genau 2, 3, oder 4 gleichartige Federelemente (102) umfasst.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welcher kein anderes Federelement als die Federelemente (102) umfasst.
Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Biegungen (106, 107) in Richtung des Außenrings (101) eine zunehmende oder abnehmende Wandstärke aufweisen.
Medizinischer Pulsgenerator oder Detektor, umfassend einen Federkontaktring gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.