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Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument.
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Im Bereich der Medizin wird eine Vielzahl von Instrumenten verwendet, die einen proximalen Handgriff mit einem oder mehreren an dem Handgriff angeordneten elektrischen Schaltern aufweisen. Hierzu zählen beispielsweise Videoendoskope, bei denen an einem sich proximal an einen Schaft anschließenden Gehäuse, das auch als Handgriff dient, mehrere elektrische Schalter angeordnet sind. Mit diesen Schaltern können z. B. Bilddarstellungsparameter verändert werden. Bei dem Einsatz von Videoendoskopen ist es häufig erforderlich, das Endoskop um die Längsachse seines Schaftes zu verdrehen. Durch eine solche Drehung des Videoendoskops ändert sich zwangsläufig die Position der an dem Gehäuse des Endoskops angeordneten Schalter relativ zu dem Endoskopbenutzer. Dies kann unter Umständen zur Folge haben, dass der Benutzer des Videoendoskops zur Betätigung der Schalter seine Griffposition an dem Gehäuse ändern oder hierzu beide Hände einsetzen muss. Dies macht die Bedienung von Videoendoskopen umständlich.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein medizinisches Instrument zu schaffen, bei dem an einem proximalen Handgriff angeordnete elektrische Schalter unabhängig von einer Drehlage des Instruments bzw. des Handgriffs leicht betätigt werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein medizinisches Instrument mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Instrumentes ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. Hierbei können gemäß der Erfindung die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich, aber auch in technisch sinnvoller Kombination die erfindungsgemäße Lösung gemäß Anspruch 1 weiter ausgestalten.
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Das erfindungsgemäße medizinische Instrument hat einen Handgriff, an dem mindestens ein elektrischer Schalter angeordnet ist. Gemäß der Grundidee der Erfindung weist dieser Schalter eine ringförmige mechanische Betätigungseinheit auf, deren Außenseite eine umfänglich des Handgriffs verlaufende Grifffläche bildet. Diese Grifffläche ist unabhängig von der Drehlage des Handgriffs immer zugänglich, wobei die mechanische Betätigungseinheit des Schalters über eine an beliebiger Umfangsposition der Grifffläche erfolgende manuelle Kraftausübung einen Schaltvorgang auslösen kann. Insofern weist das erfindungsgemäße medizinische Instrument gegenüber den bislang bekannten Instrumenten der zur Rede stehenden Art eine deutlich verbesserte Bedienfreundlichkeit bzw. Ergonomie auf.
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Der zumindest eine elektrische Schalter des erfindungsgemäßen Instrumentes kann in den Handgriff des Instrumentes integriert, also innerhalb des Handgriffs angeordnet sein oder zumindest teilweise an einem Ende des Handgriffs, vorzugsweise an seinem distalen Ende angeordnet sein. Eine Anordnung des Schalters außenseitig des Handgriffs hat den Vorteil, dass die Demontage des Schalters beispielsweise vor einer Reinigung des medizinischen Instrumentes oder zu Wartungszwecken deutlich einfacher ist, da es bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung nicht erforderlich ist, zum Ausbau des Schalters den Handgriff zu öffnen.
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Der am Handgriff angeordnete zumindest eine elektrische Schalter kann vorteilhaft ein Druckschalter sein. Dementsprechend ist bei ihm durch Ausübung einer Druckkraft auf die Grifffläche ein Schaltvorgang auslösbar. Hierbei ist eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der der Schalter unabhängig von der Wirkrichtung der auf die Grifffläche ausgeübten Druckkraft reagiert. Um mittels solcher Druckkräfte einen Schaltvorgang auslösen zu können, kann die ringförmige mechanische Betätigungseinheit des Schalters z. B. als ganzes in radialer Richtung bewegbar angeordnet sein und durch ihre Radialbewegung direkt oder indirekt über ein mechanisches Koppelelement oder über einen geeigneten Sensor in einem elektrischen Teil des Schalters einen Schaltvorgang bewirken. Hierzu ist die Betätigungseinheit zweckmäßigerweise mit einem gewissen radialen Spiel zu dem innerhalb der Betätigungseinheit angeordneten elektrischen Teil des Schalters bzw. mit radialem Spiel zu gegebenenfalls innenseitig an die Betätigungseinheit angrenzenden mechanischen Koppelelementen oder Sensoren zur Steuerung des elektrischen Teils des Schalters angeordnet. In einer Ausführungsform ist die mechanische Betätigungseinheit hierbei in radialer Richtung auf einer Elastomerlagerung oder auf Federelementen elastisch gelagert, um nach einer Betätigung des Schalters wieder in eine Normalstellung zurückkehren zu können, in der sie wieder ein radiales Spiel zu dem elektrischen Teil bzw. zu den mechanischen Koppelelementen oder Sensoren aufweist. Daneben kann die Betätigungseinheit auch axial verschiebbar angeordnet sein und durch entsprechende Druckausübung auf die Betätigungseinheit von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegt werden.
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Statt als Druckschalter kann der zumindest eine elektrische Schalter des erfindungsgemäßen medizinischen Instrumentes vorteilhafterweise auch als ein Drehschalter ausgebildet sein. In diesem Fall ist die ringförmige mechanische Betätigungseinheit drehbar an dem Handgriff angeordnet. Bevorzugt ist der Drehschalter in zwei entgegengesetzte Richtungen drehbar, wobei jeder der beiden Drehrichtungen jeweils mindestens eine Schaltfunktion zugeordnet sein kann. Weiter vorteilhaft kann der Drehschalter eine Rasteinrichtung aufweisen, die es ermöglicht, die Betätigungseinheit in mehrere definierte Rastpositionen zu drehen, denen gegebenenfalls jeweils unterschiedlichen Schaltfunktionen zugeordnet sein können. Darüber hinaus kann mit einem als Drehschalter ausgebildeten Schalter auch eine stufenweise oder kontinuierliche Veränderung elektrischer Größen ermöglicht werden. Auch bei dem als Drehschalter ausgebildeten elektrischen Schalter kann die mechanische Betätigungseinheit durch ihre Bewegung, im vorliegenden Fall durch ihre Drehbewegung direkt oder indirekt über einen geeigneten Sensor in einem elektrischen Teil des Schalters einen Schaltvorgang bewirken.
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Besonders vorteilhaft ist als Schalter ein kombinierter Druck- und Drehschalter vorgesehen. D. h. mit der ringförmigen mechanischen Betätigungseinheit lässt sich durch radialen Druck an beliebiger Stelle der Grifffläche eine erste Schaltfunktion ausführen und durch Drehung der Betätigungseinheit zumindest eine weitere Schaltfunktion ausführen, wobei auch hier vorzugsweise eine Ausgestaltung vorgesehen sein kann, bei der sich in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Betätigungseinheit unterschiedliche Schaltfunktionen ausführen lassen. Zweckmäßigerweise ist bei einer Ausgestaltung des Schalters als Druck- und Drehschalter die mechanische Betätigungseinheit sowohl in radialer Richtung verschiebbar, als auch um eine Drehachse drehbar ausgebildet.
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Wie bereits angemerkt worden ist, kann der zumindest eine elektrische Schalter derart ausgebildet sein, das die mechanische Betätigungseinheit direkt auf den elektrischen Teil des Schalters wirkt und dort einen Schaltvorgang auslöst. So kann bei einem als Druckschalter ausgebildeten Schalter z. B. die Betätigungseinheit bei deren Radialbewegung direkt mechanisch auf einen Schaltkontakt im elektrischen Teil des Schalters wirken und diesen Schaltkontakt schließen bzw. öffnen. Bei einem als Drehschalter ausgebildeten Schalter kann die Betätigungseinheit beispielsweise einen Teil eines Gleitkontaktes bilden und auf diese Weise einen Schaltvorgang ausführen. Hierbei bildet eine radiale Innenseite der ringförmigen Betätigungseinheit einen Schleifer bzw. es ist an der radialen Innenseite der Betätigungseinheit ein mit der Betätigungseinheit verbundener Schleifring angeordnet.
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Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass die mechanische Betätigungseinheit des elektrischen Schalters indirekt auf den elektrischen Teil des Schalters wirkt. In diesem Fall ist zwischen der Betätigungseinheit und dem elektrischen Teil des Schalters mindestens ein Sensor angeordnet, der zum Beispiel eine Bewegung der Betätigungseinheit oder einen von der Betätigungseinheit auf den Sensor ausgeübten Druck erfasst und hierauf in dem elektrischen Teil des Schalters ein Schalt- oder Steuersignal erzeugt und so einen Schaltvorgang veranlasst. Vorzugsweise sind zwischen der Betätigungseinheit und dem elektrischen Teil des Schalters mehrere Sensoren angeordnet. Diese Sensoren können gleichartig ausgebildet sein oder es kann sich um unterschiedliche Sensoren handeln. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Betätigungseinheit und die elektrischen Komponenten des Schalters voneinander getrennt werden können. So können die elektrischen Komponenten vollständig gekapselt angeordnet werden, sodass eine problemlose Reinigung des Instrumentes möglich ist. Die beweglichen Teile, nämlich die Betätigungseinheit, übertragen ihre Bewegung lediglich indirekt über die Sensoren auf die elektrischen Komponenten. Dabei sind die Sensoren vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie die Bewegung durch eine geschlossene Wandung hindurch detektieren können. Die Betätigungseinheit kann vorzugsweise zu Reinigungszwecken abnehmbar ausgebildet sein.
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So kann vorteilhaft zwischen der mechanischen Betätigungseinheit und den elektrischen Komponenten des Schalters mindestens ein elektrischer Sensor angeordnet sein. Bei diesem elektrischen Sensor kann es sich um einen solchen Sensor handeln, der eine durch eine Bewegung der Betätigungseinheit relativ zu dem Sensor oder eine durch einen von der Betätigungseinheit auf den Sensor ausgeübten Druck verursachte Widerstandsänderung erfasst und hierauf ein Steuersignal an die elektrischen Komponenten des Schalters weiterleitet. Darüber hinaus kann der elektrische Sensor ein solcher Sensor sein, der eine in ihm durch Bewegung der Betätigungseinheit verursachte Kapazitätsänderung oder eine Induktivitätsänderung erfasst und in ein Steuersignal für die elektrischen Komponenten des Schalters umwandelt.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung kann zwischen der mechanischen Betätigungseinheit und den elektrischen Komponenten des Schalters mindestens ein optoelektronischer Sensor angeordnet sein. So kann z. B. bei einem als Drehschalter ausgebildeten elektrischen Schalter direkt innenseitig der Betätigungseinheit, d. h. direkt der Innenwandung der Betätigungseinheit gegenüberliegend mindestens eine Photodiode angeordnet sein und mindestens ein Ringabschnitt der Betätigungseinheit lichtdurchlässig ausgebildet sein, sodass dann, wenn sich bei der Drehung der Betätigungseinheit der lichtdurchlässige Abschnitt der Betätigungseinheit über die Photodiode bewegt in der Photodiode ein elektrisches Signal erzeugt wird, welches als Steuersignal für einen Schaltvorgang an die elektrischen Komponenten des Schalters abgegeben wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zwischen der mechanischen Betätigungseinheit und den elektrischen Komponenten des Schalters mindestens ein piezoelektrischer Sensor angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei einem als Druckschalter ausgebildeten elektrischen Schalter günstig. In diesem Fall kann beispielsweise innenseitig der Betätigungseinheit und der Innenwandung der Betätigungseinheit direkt gegenüberliegend eine Vielzahl von Piezoelementen einen Ring bildend angeordnet sein. Ein auf die Piezoelemente wirkender Druck, der auf sie bei einer Radialbewegung der Betätigungseinheit erzeugt wird, verursacht in den Piezoelementen eine Spannung, die als Steuersignal für die elektrischen Komponenten des Schalters genutzt werden kann.
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Besonders vorteilhaft kann zwischen der mechanischen Betätigungseinheit und den elektrischen Komponenten des Schalters mindestens ein magnetischer Sensor angeordnet sein. Dieser Sensor ist zweckmäßigerweise an einem feststehenden, d. h. nicht beweglichen Teil des Schalters und vorzugsweise in dem Handgriff angeordnet. Der Sensor ist mit den elektrischen Komponenten, die vorteilhafterweise ebenfalls in dem Handgriff angeordnet sind, zum Steuern des Schalters signalverbunden. Der Sensor erfasst Änderungen der magnetischen Flussdichte eines magnetischen Kreises, der von beweglich in der Betätigungseinheit angeordneten und feststehenden, bevorzugt in dem Handgriff angeordneten Bauteilen gebildet wird. Im einfachsten Fall kann der magnetische Kreis von einem in der Betätigungseinrichtung angeordneten Permanentmagneten und einem feststehend angeordneten Magnetsensor gebildet werden. Bevorzugt sind der Permanentmagnet und der Magnetsensor bzw. Sensor mit ferromagnetischen Rückschlusselementen so angeordnet, dass zumindest ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet wird. Dieser magnetische Kreis ist nur bei einer bestimmten Drehstellung der Betätigungseinheit geschlossen. Bei einer Drehbewegung der Betätigungseinheit aus dieser Drehstellung wird der Permanentmagnet bzw. werden die in der Betätigungseinheit angeordneten, Teil des magnetischen Kreises bildenden Bauteile relativ zu einem feststehenden Rückschlusselement bewegt, wodurch sich der magnetische Kreis bzw. die von dem Sensor erfasste magnetische Flussdichte ändert bzw. verringert. Insofern können mit dem Schalter z. B. zwei Schaltstellungen definiert werden, nämlich eine, in der ein geschlossener magnetischer Kreis mit maximaler magnetischer Flussdichte vorliegt und eine weitere Schaltstellung, in der der magnetische Kreis aufgelöst ist und die magnetische Flussdichte entsprechend verringert ist. Ein besonderer Vorteil der Verwendung eines magnetischen Sensors ist darin zu sehen, dass alle elektrischen und elektronischen Komponenten des Schalters in einem hermetisch abgeschlossenen Handgriff angeordnet werden können und nur die mechanischen Komponenten des Schalters, d. h. die Betätigungseinheit außerhalb des Hangriffs angeordnet sind. Ferner wird die Betätigungseinheit bestenfalls allein durch die in dem magnetischen Kreis wirkende Magnetkraft an dem Handgriff gehalten. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Reinigung des medizinischen Instrumentes von Bedeutung. Hierzu kann die Betätigungseinheit von dem Handgriff in einfacher Weise abgenommen werden. Dies ermöglicht eine komplette Reinigung sämtlicher Oberflächen von Betätigungseinheit und Handgriff.
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In der Drehstellung der Betätigungseinheit, in der die in der Betätigungseinheit angeordneten und die feststehend an dem Griff angeordneten magnetischen Komponenten einen geschlossenen magnetischen Kreis bilden, besteht zwischen den in der Betätigungseinheit angeordneten magnetischen Komponenten und den feststehend angeordneten magnetischen Komponenten die größte magnetische Haltekraft, die die magnetischen Komponenten in dieser Stellung hält und somit quasi ein Einrasten bewirkt. Um das Betätigungselement aus dieser Raststellung herauszubewegen muss auf die Betätigungseinheit eine Kraft ausgeübt werden, die größer als die magnetische Haltekraft ist. Somit wird gleichzeitig über die magnetische Kopplung eine Rastung erreicht.
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Bei der Ausgestaltung des Schalters, bei der zwischen der mechanischen Betätigungseinheit und den elektrischen Komponenten des Schalters mindestens ein magnetischer Sensor angeordnet ist, weist die Betätigungseinheit mindestens einen, vorzugsweise aber zwei oder mehrere über ein bevorzugt ferromagnetisch ausgebildetes erstes Rückschlusselement magnetisch verbundene Stabmagnete auf, die relativ zu einem im Handgriff ortsfest angeordneten zweiten, ebenfalls vorzugsweise ferromagnetischen Rückschlusselement bewegbar sind. Hierbei sind die Stabmagnete in der beweglichen Betätigungseinheit derart angeordnet, dass die Stirnflächen der Stabmagnete mit den zur Betätigungseinheit gerichteten Stirnflächen der ortsfest im Handgriff angeordneten Rückschlusselemente in mindestens einer Drehstellung des Betätigungselements fluchten. Das ferromagnetische Rückschlusselement in der Betätigungseinheit ist derart gestaltet, dass es zusammen mit den Magneten in der Betätigungseinheit und den im Handgriff angeordneten Rückschlusselementen bei mindestens einer Drehstellung mindestens einen geschlossenen Magnetkreis bildet.
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Konstruktiv günstig ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von Stabmagneten über den Umfang des Schalters verteilt angeordnet ist. Zweckmäßigerweise werden jeweils benachbarte Stabmagnete in der Betätigungseinheit mit abwechselnder Ausrichtung der Polarität angeordnet und mit einem an den Stirnflächen der Magnete angrenzenden ferromagnetischen Rückschlusselement verbunden. Korrespondierend zu der Anzahl der Magnetpaare in der Betätigungseinheit sind in dem Schalter ortsfeste zweite Rückschlusselemente angeordnet, die bei entsprechender Drehstellung der Betätigungseinheit mit den Magneten und dem Rückschluselement der Betätigungseinheit geschlossene magnetische Kreise bilden. Werden nicht alle Magnete in der Betätigungseinheit exakt fluchtend zu den Stirnflächen der Rückschlusselemente im Handgriff, sdondern mehr oder weniger versetzt angeordnet, besteht immer ein Unterschied zwischen den magnetischen Flussdichten in den einzelnen Magnetkreisen. Diese Unterschiede lassen sich gegebenenfalls an jedem Rückschlusselement im Handgriff detektieren und so mehrere Schaltstellungen des Schalters oder auch eine Drehrichtungserkennung realisieren.
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Zur Erfassung von Magnetfeldänderungen bzw. zur Erfassung von Veränderungen der magnetischen Flussdichte bei einer Bewegung der Betätigungseinheit ist bevorzugt an dem zumindest einen, zweiten ortsfesten Rückschlusselement ein Sensor zur Erfassung eines magnetischen Feldes angeordnet. Als Sensoren sind grundsätzlich alle zur Erfassung der magnetischen Flussdichte fähigen Sensoren geeignet, vorzugsweise wird allerdings ein Hallsensor eingesetzt.
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Vorteilhaft kann es sich bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Instrument um ein Endoskop und bevorzugt um ein Videoendoskop handeln. Da Endoskope bei der Untersuchung eines im Körperinneren liegenden Untersuchungsgebiets häufig verdreht werden müssen, erweist es sich bei diesen Instrumenten als besonders günstig, wenn die an dem Handgriff dieser Instrumente vorzusehenden Schalter in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet sind und dem Benutzer des Endoskops die Arbeit im Vergleich zu bislang bekannten Endoskopen erleichtern.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1 schematisch vereinfacht ein Endoskop in einer Seitenansicht,
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2 teilgeschnitten einen vergrößert dargestellten Teilbereich eines Handgriffs des Endoskops nach 1,
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3 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung einen Schalter des Endoskops nach 1,
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4 in einer Prinzipdarstellung einen magnetischen Fluss in dem Schalter nach 3,
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5 in einer vergrößerten Seitenansicht den Schalter nach 3,
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6 in einer weiteren perspektivischen Explosionsdarstellung den Schalter nach 3.
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Bei dem in 1 dargestellten Endoskop handelt es sich um ein Videoendoskop. Dieses Videoendoskop weist ein Gehäuse auf, das einen Handgriff 2 des Videoendoskops bildet. Distalseitig schließt sich an den Handgriff 2 ein Schaft 4 an. An einem distalen Ende 6 des Schafts 4 sind z. B. in üblicher Weise eine Bilderfassungseinheit und eine Beleuchtungseinrichtung des Videoendoskops angeordnet. Der Handgriff 2 ist zylindrisch ausgebildet. An seiner distalen Stirnseite ist an dem Handgriff 2 eine mechanische Betätigungseinheit 8 eines elektrischen Schalters angeordnet. Der genaue Aufbau dieses Schalters wird nachfolgend anhand der 2 bis 6 erläutert.
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Das distale Ende des Handgriffs 2, das hohlzylindrisch ausgebildet ist, wird von einem scheibenförmigen Stirnteil 10 verschlossen. Hierbei liegt das Stirnteil 10 an einem an dem distalen Ende der Innenwandung des Handgriffs 2 ausgebildeten Absatz 11 auf, wobei das Stirnteil 10 hermetisch dicht mit der Innenwandung des Handgriffs 2 verbunden ist.
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An dem Stirnteil 10, das aus einem nicht magnetischen Material ausgebildet ist, ist mittig eine kreisförmige Durchbrechung 12 ausgebildet. Diese Durchbrechung 12 ist an der von dem Handgriff 2 abgewandten Seite des Stirnteils 10 von einer zu ihr konzentrisch angeordneten ringförmigen Erhöhung 14 umgeben, die sich in distaler Richtung erstreckt. Ein Innenrand 16 der Erhöhung 14 ist bezogen auf eine Mittelachse A des Endoskops in distaler Richtung schräg nach außen abgeschrägt ausgebildet. Des Weiteren ist ein Außenrand 18 der Erhöhung 14 bezogen auf die Mittelachse A in distaler Richtung schräg nach innen abgeschrägt ausgebildet. Im Bereich der Erhöhung 14 sind an dem Stirnteil 10 über dessen Umfang gleichmäßig verteilt sechs kreisförmige Durchbrechungen 20 ausgebildet. In diesen Durchbrechungen 20 sind die Enden von drei ferromagnetischen bogenförmigen Rückschlusselementen 40 angeordnet und mit dem Stirnteil 10 hermetisch dicht verbunden. Die Stirnflächen der Rückschlusselemente 40 bilden so zusammen mit der Stirnfläche der Erhöhung 14 eine ebene Oberfläche.
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Distalseitig schließt sich an das Stirnteil 10 ein Gleitring 22 an. An diesem Gleitring 22 ist an dessen proximaler Stirnfläche eine ringförmige Vertiefung 24 ausgebildet, deren Lage, Breite und Außenränder mit der Lage, Breite und der Ausgestaltung der Ränder der Erhöhung 14 an dem Stirnteil 10 korrespondieren. Der Gleitring 22 ist auf dem Stirnteil 10 drehbar gelagert, wobei die an dem Stirnteil 10 ausgebildete Erhöhung 14 in die an dem Gleitring 22 ausgebildete Vertiefung 24 eingreift.
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Ausgehend von der distalen Stirnseite des Gleitrings 22 erstreckt sich umfänglich einer zentralen Durchbrechung 26 des Gleitrings 22 eine Ringnut 28 in proximaler Richtung. Die Ringnut 28 dient zur Aufnahme von sechs zylindrischen Stabmagneten 30, die in der Ringnut 28 über deren Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Stabmagnete 30 sind in Längsrichtung magnetisiert, d. h., ihre Pole befinden sich jeweils an den voneinander abgewandten Stirnseiten. Die aufeinander folgenden Stabmagneten 30 weisen eine abwechselnd angeordnete Polung auf. D. h., wenn ein erster Stabmagnet 30 so angeordnet ist, dass sich distalseitig der Nordpol befindet, ist der benachbarte Stabmagnet so angeordnet, dass sich distalseitig der Südpol befindet. Bei dem nächstfolgenden Stabmagneten befindet sich dann distalseitig wieder der Nordpol usw.
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Die Ringnut 28 dient auch zur Aufnahme eines ersten Rückschlusselements 32, dessen Innen- und Außendurchmesser mit dem Innen- und Außendurchmesser der Ringnut 28 korrespondieren. Das Rückschlusselement 32 ist aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet und liegt auf den Stabmagneten 30 stirnseitig auf. Durch das Rückschlusselement 32, die Stabmagnete 30 sowie die Rückschlusselemente 40 bilden sich bei entsprechender Drehstellung des Gleitrings 22 geschlossene Magnetkreise entsprechend der in 4 dargestellten Feldlinien 33.
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Außenseitig ist der Gleitring 22 von einem Griffring 34 umgeben. Die radiale Außenseite des Griffrings 34 bildet eine Grifffläche 36. Zur besseren Handhabung des Griffrings 34 sind an der Grifffläche 36 über deren Umfang verteilt in regelmäßigen Abständen parallel zur Mittelachse A verlaufende Vertiefungen 38 ausgebildet.
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Zusammen bilden der Gleitring 22 mit den darin angeordneten Stabmagneten 30 und dem Rückschlusselement 34 sowie der Griffring 34 die mechanische Betätigungseinheit 8 des elektrischen Schalters. Hierzu sind der Gleitring 22 mit den darin angeordneten Stabmagneten 30 und dem Rückschlusselement mit dem Griffring 34 verpresst und dicht verklebt.
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Die an dem Stirnteil 10 ausgebildeten Durchbrechungen 20 sind zur Aufnahme der Enden bogenförmig ausgebildeter Rückschlusselemente 40 bestimmt. Hierbei greifen die Enden von drei Rückschlusselementen 40 ausgehend von der proximalen Stirnseite des Stirnteils 10 jeweils in zwei benachbarte Durchbrechungen 20. Die Rückschlusselemente 40 sind aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet.
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Die Rückschlusselemente 40 weisen an ihrem äußeren Scheitelbereich jeweils eine Nut 42 auf. Diese Nuten 42 dienen jeweils zur Aufnahme eines Hallsensors 44. Die Hallsensoren 44 sind auf einer Trägerplatine 46 angeordnet, die, in den Zeichnungen nicht dargestellt, weitere der in dem Handgriff 2 angeordneten elektrischen Komponenten des Schalters tragen kann.
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In der Durchbrechung 12 des Stirnteils 10 ist ein Aufnahmeteil 48 zur Aufnahme des Hohlschafts 4 des Endoskops angeordnet und mit dem Stirnteil 10 und dem Hohlschaft 4 hermetisch dicht verbunden. Das Aufnahmeteil 48 durchgreift die an dem Gleitring 22 ausgebildete Durchbrechung 26 und eine an dem Griffring 34 ausgebildete Durchbrechung 50. An dem distalen Ende verjüngt sich das Aufnahmeteil 48 zu einem distalseitig aus dem Griffteil 34 herausragenden Absatz 54. An dem Absatz 54 ist ein Außengewinde ausgebildet. Auf diesem Außengewinde ist eine Rändelmutter 56 aufgeschraubt. Die Rändelmutter 56 dient zur Sicherung der mechanischen Betätigungseinheit 8 des Schalters an dem Handgriff 2.
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Die Funktionsweise des elektrischen Schalters ist wie folgt:
Die ringförmige mechanische Betätigungseinheit 8 ist aufgrund der drehbaren Lagerung des Gleitrings 22 auf dem Stirnteil 10 um die Mittelachse A des Endoskops in eine erste Richtung und in ein hierzu entgegen gesetzte zweite Richtung drehbar.
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Wird bei der Montage der Betätigungseinheit 8 diese auf das Endoskop aufgesetzt, nähert sich das Magnetfeld der Magnete 30 in der Betätigungseinheit 8 den ferromagnetischen Rückschlusselementen 40 im Stirnteil 10. Die resultierenden Kräfte zwischen den Magneten 30 und den Rückschlusselementen 40 sorgen dafür, dass die Betätigungseinheit 8 an das Stirnteil 10 gezogen wird, bis die Oberfläche der Vertiefung 24 des Gleitrings 22 auf der Oberfläche der Erhöhung 14 des Stirnteils 10 aufliegt. Zusätzlich sorgen die genannten Kräfte für eine Positionierung der Betätigungseinheit 8 hinsichtlich deren Drehstellung in einer Weise, dass die Magnete 30 bestmöglich mit den Rückschlusselementen 40 im Handgriff fluchten. In dieser Position verlaufen die Feldlinien 33 bestmöglich durch das ferromagnetische Material der Rückschlusselemente 32 und 40, die Haltekraft der Magnete ist maximal. Diese Drehstellung wird von den Hallsensoren 44 und der auf der Trägerplatine 46 befindlichen Elektronik anhand des dann größten magnetischen Flusses detektiert. In dieser beschriebenen ersten Grundstellung wird die Betätigungseinheit 8 aufgrund der wirkenden Magnetkraft gehalten, solange keine Kräfte von außen auf die Betätigungseinheit 8 einwirken.
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Wird die Betätigungseinheit 8 unter Überwindung des Haltemoments aus der beschriebenen Grundstellung verdreht, so werden die bestehenden Magnetkreise durch die ferromagnetischen Rückschlusselemente 40 zunehmend aufgelöst bis die in dem Gleitring 22 angeordneten Magnete 30 sich den nächsten in Drehrichtung benachbarten Stirnflächen der Rückschlusselemente 40 nähern. Bei Annäherung an diese in Drehrichtung nächsten Stirnflächen der Rückschlusselemente 40 bauen sich die Magnetkreise erneut auf, bis die Stirnflächen der Rückschlusselemente 40 wieder bestmöglich mit den Stirnflächen der Magnete 30 fluchten. Die Magnetkraft ist nun wieder maximal, die Betätigungseinheit 8 wird in einer zweiten Grundstellung gehalten. Da benachbarte Magnete wie bereits beschrieben abwechselnd angeordnete Polungen aufweisen, hat sich durch das Verdrehen der Betätigungseinheit 8 von der ersten in die beschriebene zweite Grundstellung die Richtung des Magnetfelds in den Rückschlusselementen 40 jeweils umgekehrt. Die Verdrehung der Betätigungseinheit 8 wird von den Hallsensoren 44 und der auf der Trägerplatine 46 befindlichen Elektronik anhand der Umkehrung des Magnetfelds detektiert und wird an die elektrischen Komponenten des Schalters für einen ersten Schaltvorgang übermittelt.
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Um eine Drehrichtungserkennung bei dem Schaltvorgang zu ermöglichen, können die Magnete mit nicht regelmäßig abwechselnder Ausrichtung der Polung, sondern hinsichtlich der Polung in einer sequenziellen Folge angeordnet sein. Weitere Möglichkeiten für eine Drehrichtungserkennung liegen darin, dass die Abfolge der Magnete eine Fehlstelle aufweisen oder die Stärke der resultierenden Magnetfelder variieren kann. So können den unterschiedlichen Drehrichtungen unterschiedliche Schaltfunktionen zugeordnet werden.
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Auch bei einer Druckausübung auf die Grifffläche 36 in radialer Richtung der Betätigungseinheit 8 wird diese aus einer der genannten Grundstellungen ausgelenkt, wobei die in der Betätigungseinheit 8 angeordneten Magnete 30 relativ zu den an dem Stirnteil 10 angeordneten Rückschlusselementen 40 bewegt werden. Hierbei bewirken die schräg ausgerichteten Ränder der Erhöhung 14 an dem Stirnteil 10 und der Vertiefung 24 an dem Gleitring 22, dass der Gleitring 22 nicht nur in radialer Richtung sondern zusätzlich auch in Richtung der Mittelachse A von dem Stirnteil 10 und den daran angeordneten Rückschlusselementen 40 wegbewegt wird. Dies führt neben dem Versatz der Magnete 30 zu den Stirnflächen der Rückschlusselemente 40 zusätzlich zu einem Luftspalt zwischen der Betätigungseinheit 8 und dem Stirnteil 10. Dies resultiert in einer Verringerung der magnetischen Flussdichte in den Magnetkreisen. Nach der Beendigung der Druckausübung auf die Betätigungseinheit zentriert sich die Betätigungseinheit 8 aufgrund der wirkenden Magnetkräfte selbstständig wieder in die Grundstellung, die Flussdichte erreicht wieder den Ausgangswert der Grundstellung. Da sich die Betätigungseinheit bei der radialen Druckausübung nicht verdreht, findet keine Umkehrung der magnetischen Polung in den Rückschlusselementen 40 statt. Die genannten Änderungen des magnetischen Felds werden von den Hallsensoren erfasst, woraufhin von der auf der Trägerplatine 46 befindlichen Elektronik an die elektrischen Komponenten des Schalters ein Steuersignal für einen zweiten Schaltvorgang übermittelt wird.
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Zur Reinigung des dargestellten Endoskopes wird die Rändelmutter 56 von dem Absatz 54 abgeschraubt. Die Betätigungseinheit 8 wird zwar dann noch durch die wirkenden magnetischen Kräfte an dem Stirnteil 10 des Handgriffs 2 gehalten, kann aber hiervon bei Überwindung der Magnetkräfte abgezogen werden. Zudem kann die Betätigungseinheit 8 getrennt von dem Handgriff 2 gereinigt werden, wobei alle Flächen der Betätigungseinheit 8 und des Handgriffs 2 zugänglich sind. Nach der Reinigung wird die Betätigungseinheit 8 wieder auf das Stirnteil 10 des Handgriffs 2 aufgesetzt, wobei es sich aufgrund des Bestrebens der Magnete 30 in dem Betätigungselement 8 mit dem proximalseitig des Stirnteils 10 angeordneten Rückschlusselementen 40 geschlossene magnetische Kreise zu bilden, selbstständig ausrichtet. Zur Sicherung des Betätigungselementes 8 auf der Stirnseite 10 des Handgriffs 2 wird abschließend wieder die Rändelmutter 56 auf den Absatz 54 geschraubt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Handgriff
- 4
- Schaft
- 6
- Ende
- 8
- Betätigungseinheit
- 10
- Stirnteil
- 11
- Absatz
- 12
- Durchbrechung
- 14
- Erhöhung
- 16
- Innenrand
- 18
- Außenrand
- 20
- Durchbrechung
- 22
- Gleitring
- 24
- Vertiefung
- 26
- Durchbrechung
- 28
- Ringnut
- 30
- Stabmagnet
- 32
- Rückschlusselement
- 33
- Feldlinien
- 34
- Griffring
- 36
- Grifffläche
- 38
- Vertiefungen
- 40
- Rückschlusselement
- 42
- Nut
- 44
- Hallsensor
- 46
- Trägerplatine
- 48
- Aufnahmeteil
- 50
- Durchbrechung
- 54
- Absatz
- 56
- Rändelmutter
- A
- Mittelachse
