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Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit seitlicher Blickrichtung, umfassend einen proximalen Griff, einen Endoskopschaft mit einem äußeren Rohr und einem inneren Rohr, zwei im distalen Bereich des Endoskopschafts angeordnete, gegeneinander um eine Längsachse des Endoskopschafts drehbare optische Baugruppen, die durch ein mittels einer Vorspannvorrichtung vorgespanntes, zwischen den optischen Baugruppen angeordnetes Axiallager gegeneinander gelagert sind, wobei eine distal mit dem äußeren Rohr verbundene erste optische Baugruppe seitwärts blickende optische Fenster, Prismen und/oder Linsen umfasst und eine distal mit dem inneren Rohr verbundene zweite optische Baugruppe einen geradeaus blickenden Bildsensor umfasst, der in Richtung der Längsachse des Endoskopschafts ausgerichtet ist.
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Unter den Begriff Endoskop fallen insbesondere Videoendoskope, also Endoskope in Verbindung mit wenigstens einem Bildsensor, der zum Aufnehmen einer Videoaufzeichnung ausgebildet ist, unabhängig davon, ob der Bildsensor distal im Endoskopschaft, proximal in einem Handgriff oder extern in einem Kamerakopf angeordnet ist, der an ein Okular im proximalen Bereich des Endoskops, also auf der Seite eines Operateurs ansetzbar ist.
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Der Begriff der Blickrichtung, englisch auch als „direction of view“ (DOV) bezeichnet, betrifft den von der Längsachse des Endoskops abweichenden Seitwärts- oder Rückwärtsblick, der als Polarwinkel dargestellt wird, wobei ein Blickwinkel von 0° einen Geradeausblick in Längsrichtung des Endoskopschafts bedeutet, während beispielsweise 90° eine Blickrichtung bezeichnet, die im rechten Winkel vom Geradeausblick abweicht.
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Bei Endoskopen bzw. Videoendoskopen mit einer Blickrichtung ≠ 0° ist es notwendig, dass im distalen optischen System zwei optische Baugruppen zueinander rotatorisch bewegt werden können. Hierzu ist eine radiale und axiale Lagerung der optischen Baugruppen notwendig. Die radiale Lagerung beschränkt die Relativbewegung der Baugruppen zueinander in radialer Richtung, die axiale Lagerung beschränkt die Relativbewegung in axialer Richtung des Endoskops. Um die optische Qualität nicht negativ zu beeinflussen, ist es ferner vorteilhaft, wenn die axiale Lagerung spielfrei aufgebaut ist, um den optischen Weg nicht durch eine axiale Verschiebung der optischen Baugruppen zueinander zu verändern.
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Im Stand der Technik wird die axiale Spielfreiheit durch das Vorspannen der Lagerung mit einer Feder, beispielsweise einer Spiralfeder, die sich im Griffbereich des Endoskops befindet, erzeugt.
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Bei dem Videoendoskop gemäß
EP 1 787 570 B1 befindet sich eine radial wirkende Lagerung im Griff. Zwischen den beiden distalen optischen Baugruppen befindet sich eine axiale Lagerung. Auf diese Lagerung wird mit einer Feder im Griff eine axiale Kraft ausgeübt. Über zwei Rohre, an denen jeweils eine optische Baugruppe angebunden ist, wird sowohl das Drehmoment als auch die axiale Kraft übertragen. Hierdurch wird die distal angeordnete axiale Lagerung mittels der im Griffbereich platzierten Feder axial spielfrei gehalten.
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Durch die bei Endoskopen des Standes der Technik im Griff platzierte Feder zum Vorspannen der axialen Lagerung müssen neben dem Drehmoment auch axiale Kräfte übertragen werden. Hierdurch wird der Aufbau relativ kompliziert und aufwendig.
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US 6 537 209 B1 betrifft ein optisches System eines seitwärts blickenden Endoskops. Dieses umfasst im Bereich der distalen Spitze ein Prisma, das Licht aus einem Blickwinkel von 90° in die zentrale Achse des Endoskops umlenkt sowie eine Abbildungslinse, die symmetrisch in der Richtung des Endoskopschafts angeordnet ist, wobei beide gegeneinander drehbar sind. Von proximal drückt eine Feder gegen die Kupplung.
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In
US 5 253 638 A ist eine abnehmbare Reflektoranordnung für einen rechtwinkligen Seitwärtsblick offenbart. Der Kopf umfasst einen Bildsensor, der parallel zur longitudinalen Achse des Kopfes angeordnet ist. Dabei ist ein inneres Rohr mit dem Bildsensor gegenüber dem äußeren Rohr mit dem Prisma oder Spiegel drehbar angeordnet und federvorgespannt.
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US 2009/0326327 A1 betrifft einen Objektivlinsenadapter, der auf eine Objektivlinse aufsetzbar ist, wobei ein distales Endteil mit einem kleinen Durchmesser ein unbewegliches Teil aufweist, das an einem Linsenrohr der Objektivlinse befestigt ist, sowie ein distal angeordnetes Teil, das das erste Teil bedeckt, sowie eine Druckfeder, die zwischen den beiden Teilen angeordnet ist.
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US 5 609 561 A offenbart ein Endoskop mit Geradeausblick, an dessen distaler Spitze ein Magnetring angeordnet sein kann, der eine optische Baugruppe nach distal anzieht. Die optische Baugruppe ist durch einen Feder-Nut-Mechanismus gegen Verdrehung im Endoskoprohr gesichert.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop zur Verfügung zu stellen, das eine seitliche Blickrichtung aufweist sowie im distalen Bereich des Endoskopschafts zwei gegeneinander verdrehbare optische Baugruppen, bei denen jederzeit eine optimale optische Qualität gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Endoskop, insbesondere Videoendoskop, mit seitlicher Blickrichtung, umfassend einen proximalen Griff, einen Endoskopschaft mit einem äußeren Rohr und einem inneren Rohr, zwei im distalen Bereich des Endoskopschafts angeordnete, gegeneinander um eine Längsachse des Endoskopschafts drehbare optische Baugruppen, die durch ein mittels einer Vorspannvorrichtung vorgespanntes, zwischen den optischen Baugruppen angeordnetes Axiallager gegeneinander gelagert sind, wobei eine distal mit dem äußeren Rohr verbundene erste optische Baugruppe seitwärts blickende optische Fenster, Prismen und/oder Linsen umfasst und eine distal mit dem inneren Rohr verbundene zweite optische Baugruppe einen geradeaus blickenden Bildsensor umfasst, der in Richtung der Längsachse des Endoskopschafts ausgerichtet ist, das dadurch weitergebildet ist, dass die Vorspannvorrichtung im distalen Bereich des Endoskopschafts bei dem Axiallager angeordnet ist, wobei wenigstens ein Teil des Axiallagers und/oder eine der optischen Baugruppen ein ferromagnetisches Material aufweist und die Vorspannvorrichtung einen Magneten umfasst, mittels dessen das ferromagnetische Material in Richtung auf einen Schluss des Axiallagers angezogen wird, wobei ein Radiallager zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr im distalen Bereich des Endoskopschafts angeordnet ist und/oder das Axiallager auch als Radiallager ausgebildet ist.
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Dadurch, dass die Vorspannvorrichtung im distalen Bereich des Endoskopschafts bei dem Axiallager angeordnet ist, findet die Krafteinwirkung direkt am Axiallager statt und muss nicht über die ineinander gleitenden Rohre übertragen werden. Dies führt dazu, dass eine sehr effiziente und jederzeit sichere und spielfreie axiale Lagerung erreicht wird. Die axiale Lagerung hängt nicht mehr davon ab, dass die axial wirkende Kraft über das Innenrohr übertragen wird, so dass Reibungsverluste durch Reibung von innerem Rohr und äußerem Rohr entfallen und es auch kein Hakeln mehr bei einem Verdrehen des inneren Rohres gegenüber dem äußeren Rohr aufgrund der Reibung gibt. Außerdem können weitere Rohre zur Übertragung axial wirkender Kräfte entfallen, so dass das erfindungsgemäße Platzieren der Vorspannvorrichtung auch zu einem einfachen und unkomplizierten Aufbau führt.
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Dadurch, dass das Axiallager zwischen den optischen Baugruppen angeordnet ist, definiert jederzeit das Axiallager die korrekte Position der zweiten Baugruppe gegenüber der ersten Baugruppe, so dass eine konstante optische Qualität gewährleistet wird.
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Erfindungsgemäß wird unter der ersten optischen Baugruppe die distal angeordnete seitwärts blickende optische Baugruppe mit Eintrittsfenster, Umlenkelementen, wie beispielsweise Spiegeln oder Prismen und gegebenenfalls Linsenelementen, verstanden, während die zweite optische Baugruppe diejenige ist, die für die weitere Übertragung des Lichts im Inneren des Endoskopschafts bis zu einem Bildaufnehmer verantwortlich ist. Die optischen Elemente der zweiten optischen Baugruppe sind daher üblicherweise in der Längsrichtung des Endoskopschafts blickend angeordnet und können ein Bildsensor und beispielsweise Linsen oder Linsengruppen sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Endoskop weist wenigstens ein Teil des Axiallagers und/oder eine optische Baugruppe ein ferromagnetisches Material auf und umfasst die Vorspannvorrichtung einen Magneten, insbesondere einen Ringmagneten, mittels dessen das ferromagnetische Material in Richtung auf einen Schluss des Axiallagers angezogen wird. Dies bedeutet, dass der Magnet üblicherweise auf einer gegenüberliegenden Seite zu dem ferromagnetischen Material in Bezug auf das Axiallager angeordnet ist.
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In einer vorteilhaften Variante ist der Magnet am inneren Rohr befestigt, wobei das innere Rohr wenigstens teilweise aus einem paramagnetischen oder diamagnetischen Material besteht. In einer alternativen Variante ist der Magnet am äußeren Rohr befestigt, wobei das äußere Rohr wenigstens teilweise aus einem paramagnetischen oder diamagnetischen Material besteht. Es kann auch für das innere Rohr und das äußere Rohr jeweils ein Magnet vorgesehen sein, die so angeordnet sind, dass sie sich gegenseitig anziehen.
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Die Ausbildung der Vorspannvorrichtung mit Magneten stellt eine besonders einfache Konstruktivmaßnahme dar.
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Gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform kann eine Vorspannvorrichtung eine Zugfeder oder eine Schubfeder umfassen.
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Gemäß einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform kann eine Vorspannvorrichtung vorgespannte elastische Führungselemente, insbesondere einen vorgespannten elastischen Führungsring und/oder eine vorgespannte elastische in eine Führungsnut eingreifende Führungswulst oder Führungsrippe umfassen.
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Um auch radiales Spiel zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Radiallager zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr im distalen Bereich des Endoskopschafts angeordnet ist und/oder das Axiallager auch als Radiallager ausgebildet ist. Ein solches auch als „Radiaxlager“ bezeichnetes Lager übernimmt die Begrenzung des Spiels sowohl in radialer als auch in axialer Richtung.
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Vorzugsweise ist das Axiallager als Gleitlager ausgebildet. Ebenfalls vorzugsweise ist das Axiallager als Halter für optische Elemente und/oder optische Baugruppen ausgebildet.
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Das Gleitlager kann beispielsweise durch zusätzliche Bauelemente aus Keramik oder Kunststoff aufgebaut und/oder direkter Bestandteil der Halter der optischen Baugruppen sein, z.B. durch geeignete Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen.
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Der Aufbau aus ferromagnetischem Material, Permanentmagnet und Axiallager ist vorzugsweise so gewählt, dass durch die magnetische Kraft eine axiale Kraft erzeugt wird, die das axiale Lager spielfrei hält.
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Ferner besteht die zwischen den beiden optischen Baugruppen angeordnete radiale Lagerung, ebenso wie die axiale Lagerung aus zusätzlichen oder integrierten Lagerteilen.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Endoskops nach dem Stand der Technik,
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Axiallagers,
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Axiallagers,
- 4 eine schematische Darstellung eines alternativen Axiallagers und
- 5 eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen Axiallagers.
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In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
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In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Endoskop 1 schematisch dargestellt. Das Endoskop 1 verfügt am rechts dargestellten proximalen Ende über einen Griff 3, der in einen Schaft 2 mündet. Auf der linken Seite in 1 ist das distale Ende des Schafts 2 dargestellt.
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Der Griff 3 verfügt über einen Drehring 4, mittels dessen über Stabmagneten 5, die mit einem inneren Rohr 7 verbunden sind, das innere Rohr 7 gegenüber einem äußeren Rohr 6 verdreht werden kann, um die Blickrichtung des Endoskops 1 zu ändern. Im Griff 3 ist das innere Rohr 7 außerdem mittels eines Radiallagers 8 gelagert. Außerdem umfasst der Griff 3 eine Vorspannvorrichtung aus einer Druckfeder 9, die gegenüber einem Anschlag 10 für die Druckfeder 9 vorgespannt ist. Die Druckfeder 9 sorgt dafür, dass das innere Rohr 7 in axialer Richtung in Richtung auf das distale Ende 11 des Schafts 2 hin gedrückt wird bzw. vorgespannt wird.
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Am distalen Ende 11 weist der Schaft 2 ein Fenster 12 auf, das seitwärts blickt. Hinter dem Fenster 12 befindet sich eine optische Baugruppe 13 mit Linsen und Prismen, mit denen das durch das Fenster 12 eintretende Licht in eine Richtung parallel zur Längsachse des Schafts 2 gelenkt wird. Die optische Baugruppe 13 wird durch eine Halterung 14, die mit dem äußeren Rohr 6 verbunden ist, gehalten. Das Fenster 12 ist ebenfalls Teil der optischen Baugruppe 13.
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Proximal schließt sich an die erste optische Baugruppe 13 eine zweite optische Baugruppe 16 an, die in diesem Fall in einer Bildsensoreinheit 19 endet. Die zweite optische Baugruppe 16 ist in einer Halterung 17 gehaltert, die mit dem inneren Rohr 7 so verbunden ist, dass sie Drehungen oder Verschiebungen des inneren Rohrs 7 mitvollzieht. Das innere Rohr 7 ist im Bereich des distalen Endes 11 des Schafts 2 mittels einer Radiallagerung 18 radial gegenüber dem äußeren Rohr 6 gelagert.
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Die distale Frontfläche der Halterung 17 der zweiten optischen Baugruppe 16 und die proximale Frontfläche der Halterung 14 der ersten optischen Baugruppe 13 sind einander gegenüberliegend angeordnet und bilden ein Axiallager 15. Durch die Vorspannung des inneren Rohres 7 in axialer Richtung durch die Druckfeder 9 im Griff 3 wird das Axiallager 15 geschlossen, d.h. die distalseitige Frontfläche der Halterung 17 wird gegen die proximalseitige Frontfläche der Halterung 14 gedrückt. Dadurch ist die axiale Position der zweiten optischen Baugruppe 16 gegenüber der ersten optischen Baugruppe 13 fest definiert und eine optimale optische Qualität wird erreicht.
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Da die axial wirkende Vorspannkraft über das längserstreckte innere Rohr 7 vermittelt wird, führt jedes Verkanten, Verdrehen oder sich Verlagern des inneren Rohres 7 im äußeren Rohr 6 dazu, dass die axial wirkende Vorspannkraft nicht optimal zum Axiallager 15 übertragen wird. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der optischen Qualität führen.
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In 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Axiallager dargestellt. Es handelt sich jeweils um Detailausschnitte an der distalen Spitze des im Folgenden nicht explizit dargestellten Schafts 2. Der Übersichtlichkeit halber werden in den 2 bis 5 jeweils nur die optischen Baugruppen und ihre Halterungen gezeigt sowie die axial angeordnete erfindungsgemäße Vorspannvorrichtung. Prinzipiell gilt in diesen Fällen, dass Federn oder andere Vorspannelemente im Griff 3 vollständig entfallen können.
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In 2 ist die schematisch dargestellte erste optische Baugruppe 13 in einer Halterung 14' angeordnet, die aus einem ferromagnetischen Material besteht. Die zweite optische Baugruppe 16 mit Sensoreinheit 19 und Bildsensor 19a ist so geformt, dass sie sowohl gegen die proximale Frontfläche der Halterung 17' stößt, als auch sie von außen umfasst. Dadurch wirkt die formschlüssige Bauweise von Halterung 14' und Halterung 17' als kombiniertes Radiallager und Axiallager. Es schließt sich ein Ringmagnet 21 an, der eine magnetische Kraft auf das ferromagnetische Material des Halters 14' der ersten optischen Baugruppe 13 ausübt und somit für eine feste axiale Auflage des Halters 17' auf der Halterung 14' bzw. umgekehrt sorgt. Diese Ausführungsform ist mechanisch und bautechnisch besonders einfach.
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Eine alternative Anordnung ist in 3 dargestellt. Im Unterschied zu der Anordnung in 2 ist in 3 der Ringmagnet 22 nicht in der gedachten Verlängerung der Seitenwände der Halterung 14' angeordnet, sondern in axialer Richtung des Schafts 2 auf der Höhe der Halterung 14'.
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In 4 ist eine alternative Form einer Vorspannvorrichtung im distalen Bereich des Schafts 2 dargestellt. In diesem Fall ist die Vorspannvorrichtung zwischen der Halterung 14" der ersten optischen Baugruppe 13 und der Halterung 17" der zweiten optischen Baugruppe 16 als Zugfeder 25 ausgestaltet. Die Zugfeder ist an der Seite der Haltevorrichtung 17" der zweiten optischen Baugruppe 16 mit einer Befestigung 26 befestigt. An ihrem distalseitigen Ende verfügt die Zugfeder 25 über einen umlaufenden Befestigungsring 27, der in eine Führungsnut 24 der Halterung 14" der ersten optischen Baugruppe 13 eingreift. Damit kann die Zugfeder 25 mit ihrem Befestigungsring 27 in der Führungsnut 24 beliebig verdreht werden. Die Zugfeder 25 zieht die Halterung 17" jeweils an die Halterung 14" heran, um eine jederzeit gute optische Qualität zu gewährleisten. Das Lager ist in diesem Fall ein reines Axiallager 23.
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Alternativ kann die Zugfeder auch an der ersten optischen Baugruppe befestigt sein und/oder ein Kugellager zur rotativen Lagerung der Rohre bzw. optischen Baugruppen umfasst sein.
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In 5 ist wiederum ein Beispiel eines Radiaxlagers 20" gezeigt, bei dem die Halterung 17'" der zweiten optischen Baugruppe 16 distalseitig in einer umlaufenden Führungsrippe 28 mündet, die, ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel in 4, in eine umlaufende Führungsnut 24 der Halterung 14'" der ersten optischen Baugruppe 13 eingreift. Die Führungsrippe 28 ist aus einem elastischen Material hergestellt und ist bei ihrem Eingriff in die Führungsnut 24 vorgespannt. Dies bedeutet, dass in der Position, dass die Halterung 17'" in der axialen Endposition auf der Halterung 14'" aufliegt, die Führungsrippe 28 unter einer elastischen Spannung steht und eine weitere Kraft in Richtung auf das distale Ende 11 des Schafts 2 zu auf die Halterung 17'" ausübt. Auch die in 5 gezeigte Variante stellt eine besonders einfache und konstruktiv simple Realisierung einer Axiallagerung dar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Endoskop
- 2
- Schaft
- 3
- Griff
- 4
- Drehring
- 5
- Stabmagnet
- 6
- äußeres Rohr
- 7
- inneres Rohr
- 8
- Radiallager
- 9
- Druckfeder
- 10
- Anschlag für Druckfeder
- 11
- distales Ende
- 12
- Fenster
- 13
- optische Baugruppe mit Linsen und Prismen
- 14, 14'
- Halterung der optischen Baugruppe
- 15
- Axiallager
- 16
- optische Baugruppe
- 17, 17'
- Halterung der optischen Baugruppe
- 18
- Radiallager
- 19
- Bildsensoreinheit
- 19a
- Bildsensor
- 20 -20"
- Radiaxlager
- 21
- Ringmagnet
- 22
- Ringmagnet
- 23
- Axiallager
- 24
- Führungsnut
- 25
- Zugfeder
- 26
- Befestigung
- 27
- umlaufender Befestigungsring
- 28
- Führungsrippe
