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Die Erfindung betrifft ein Operationsmikroskop mit einem Grundkörper, der eine Wärme erzeugende Komponente aufweist und einer Kühlvorrichtung für die Wärme erzeugende Komponente, die einen ersten Strömungskanal für ein Kühlmedium umfasst.
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Operationsmikroskope beinhalten häufig Komponenten, in denen während eines Betriebs Wärme erzeugt beziehungsweise gespeichert und abgegeben wird. Dazu zählen unter anderem solche Baugruppen oder Anbauteile des Operationsmikroskops, denen Energie in beliebiger Form von außerhalb zugeführt wird, da ein Teil der Energie aufgrund von unvermeidlichen Verlusten im Gerät immer in thermische Energie und damit Wärme umgewandelt wird. Warme kann in Operationsmikroskopen beispielsweise durch eine Verlustleistung von elektrischen Verbrauchern im Operationsmikroskop oder durch mechanische Reibung zwischen beweglichen Teilen entstehen. Während des Betriebs müssen die Wärme erzeugenden Komponenten häufig gekühlt werden, um beispielsweise die Arbeitstemperatur innerhalb eines gewünschten Toleranzbereichs zu halten und/oder um komfortable Arbeitsbedingungen im Umfeld des Operationsmikroskops für das Bedienpersonal zu schaffen beziehungsweise um normative Vorgaben zu erfüllen.
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Aus der
US 5122984 ist ein Operationsmikroskop mit einer Wärme erzeugenden Komponente in Form einer Beleuchtungseinheit bekannt. Die Beleuchtungseinheit ist dabei in einem sogenannten Beleuchtungsarm einer Aufhängung angeordnet. Das Licht der Beleuchtungseinheit ist über Lichtleiter entlang der Aufhängung zum Mikroskop geführt. Der Beleuchtungsarm weist ein Gebläse auf, durch das eine Luftströmung in dem Beleuchtungsarm an der Beleuchtungseinheit vorbei erzeugt wird, wodurch die Beleuchtungseinheit gekühlt wird. Nachteilig an dem aus der
US 5122904 bekannten Operationsmikroskop ist der Lichtverlust, der durch den Lichtleiter entsteht.
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Aus der
US 4309817 ist ein weiteres Operationsmikroskop bekannt, das eine Wärme erzeugende Komponente in Form einer Beleuchtungseinheit aufweist. Die Beleuchtungseinheit umfasst eine Lampe, die in einem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse ist als Strömungskanal ausgestaltet und weist Bohrungen unterhalb der Lampe auf, durch die Luft in das Gehäuse einströmen kann. Am oberen Ende des Gehäuses ist eine Schlauchleitung mit einem Gebläse angeschlossen. Zur Kühlung der Lampe wird im Betrieb Luft mit Hilfe des Gebläses durch die Bohrungen unterhalb der Lampe angesaugt und an der Lampe vorbei durch die Schlauchleitung von dem Mikroskop weg geleitet. Nachteilig an dem aus der
US 4039817 bekannten Operationsmikroskop ist, dass die Vorrichtung zur Entfernung der Wärme aus dem Arbeitsbereich sehr sperrig ausgeführt ist und dass zusätzliche Schlauchleitungen zum Wärmetransport vorgesehen sind, die den Arbeitstraum im Umfeld des Operationsmikroskops verringern und die unter Umständen im Betrieb des Operationsmikroskops steril gehalten werden müssen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Operationsmikroskop bereitzustellen, das sich durch einen kompakten Aufbau auszeichnet, der zudem leicht steril gehalten werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Operationsmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist das Operationsmikroskop eine Aufhängung für den Grundkörper auf, wobei der erste Strömungskanal zumindest teilweise in der Aufhängung angeordnet ist. Unter einer Aufhängung ist dabei eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, durch die das Operationsmikroskop im Betrieb gehalten wird. Eine Aufhängung kann insbesondere als ein Arm eines Stativs ausgestaltet sein, der unmittelbar mit dem Grundkörper des Operationsmikroskops verbunden ist. Die Aufhängung ist lösbar oder unlösbar mit dem Grundkörper verbunden oder alternativ einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet. Der Strömungskanal ermöglicht es, zumindest einen Großteil der erzeugten Wärme auf das Kühlmedium in dem Strömungskanal zu übertragen und durch Konvektion durch die Aufhängung von der Wärme erzeugenden Komponente und von dem Grundkörper weg zu transportieren. Die Anordnung des ersten Strömungskanals in der Aufhängung führt dabei zu einem kompakten Aufbau mit wenigen oder gar keinen zusätzlichen Elementen an einer Außenseite des Operationsmikroskops, so dass das erfindungsgemäße Operationsmikroskop leicht steril gehalten werden kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zum Erzeugen einer Strömung des Kühlmediums in dem ersten Strömungskanal vorhanden. Dadurch ist ein Wärmetransport in dem Strömungskanal verbessert, so dass eine größere Kühlleistung erzielt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zum Erzeugen einer Strömung mindestens einen Solid State Fan. Die Funktionsweise eines Solid State Fans beruht auf einer Koronaentladung zwischen zwei Elektroden. Durch ein starkes elektrisches Feld werden Luftmoleküle ionisiert und in Bewegung versetzt. Ein Vorteil eines Solid State Fans besteht darin, dass dieser ohne bewegte Teile betrieben wird, so dass keine oder allenfalls geringe Vibrationen in das Operationsmikroskop eingeleitet werden.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zum Erzeugen einer Strömung mindestens ein Gebläse. Damit ist eine sehr preiswerte Möglichkeit gegeben, eine Konvektion in dem Strömungskanal zu verbessern.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Operationsmikroskop einen zweiten Strömungskanal, der zumindest teilweise im Inneren der Aufhängung angeordnet ist und der mit dem ersten Strömungskanal strömungsleitend verbunden ist. Durch den zweiten Strömungskanal ist dem Operationsmikroskop das Kühlmedium zuführbar. Die Ausgestaltung des Operationsmikroskops mit zwei Strömungskanälen bietet den Vorteil, dass das Kühlmedium in einer gewissen Entfernung von einem Arbeitsraum des Bedienpersonals in das Operationsmikroskop eingespeist beziehungsweise ausgekoppelt wird. Unter dem Arbeitsraum ist dabei ein Raum zwischen einem Operationsbereich und dem Operationsmikroskop zu verstehen, den der behandelnde Arzt zur Durchführung seiner Behandlung benötigt. Der zweite Strömungskanal kann insbesondere ebenfalls in der Aufhängung angeordnet sein, so dass eine Einspeisung des Kühlmediums in der Aufhängung erfolgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Strömungskanal zumindest teilweise innerhalb des zweiten Strömungskanals angeordnet. Dadurch lässt sich ein besonders kompakter Aufbau erzielen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Operationsmikroskop eine Wärmebrücke, die sich von der Wärme erzeugenden Komponente zu dem ersten Strömungskanal erstreckt und durch die ein Großteil der erzeugten Wärme zu dem Kühlmedium im Inneren des ersten Strömungskanals transportierbar ist. Dadurch ist es möglich, den Strömungskanal in einem Abstand zur Wärme erzeugenden Komponente anzuordnen, der mit der Wärmebrücke überbrückt wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmebrücke als Wärmeleiter ausgestaltet und umfasst ein Material mit einer Wärmeleitzahl von mehr als 200 W/mK. Die erzeugte Wärme wird somit mittels Konduktion von der Wärme erzeugenden Komponente durch den Wärmeleiter zum Strömungskanal transportiert. Über eine Wandung des Strömungskanals wird die Wärme auf das Kühlmedium übertragen und von dort in erster Linie durch Konvektion im Strömungskanal durch die Aufhängung von dem Operationsmikroskop weg transportiert.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärme erzeugende Komponente als Beleuchtungseinrichtung ausgestaltet, wobei die Beleuchtungseinrichtung insbesondere eine Leuchtdiode (LED) umfassen kann. Beleuchtungseinrichtungen weisen in der Regel eine große Wärmeleistung auf, so dass eine Anwendung der Erfindung auf ein Operationsmikroskop mit einer Beleuchtungseinrichtung besonders vorteilhaft ist.
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Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt die einzige 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Operationsmikroskop 1 mit einer Wärme erzeugenden Komponente in Form einer Beleuchtungseinheit 2 und mit einer Aufhängung 3 gezeigt.
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Das Operationsmikroskop 1 ist als Stereoskop ausgestaltet und weist zwei Beobachtungsstrahlengänge auf, wobei in 1 nur ein Beobachtungsstrahlengang 4 dargestellt ist. In dem Beobachtungsstrahlengang sind ein Hauptobjektiv 6, ein Vergrößerungswechsler 7 zur Einstellung eines Vergrößerungsfaktors des Operationsmikroskops sowie ein Tubus 8 zur Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs in Richtung eines Beobachters angeordnet. Durch die optischen Elemente im Beobachtungsstrahlengang 4 ist ein Zwischenbild durch den Tubus 8 erzeugbar, welches von einem Beobachter durch ein Okular 9 betrachtet werden kann.
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Das Operationsmikroskop 1 umfasst ferner eine Beleuchtungseinheit 2 mit einem Leuchtmittel in Form einer Leuchtdiode 10 (im Folgenden als LED bezeichnet) zur Beleuchtung der Objektebene 5 mit Licht. Von der LED 10 emittiertes Licht wird in einem Beleuchtungsstrahlengang 13 durch eine Sammellinse 11 gebündelt und über einen Spiegel 12 durch das Hauptobjektiv 6 zur Objektebene 5 geführt. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist als Leuchtmittel eine Halogenlampe, eine Xenonlampe oder ein OLED vorhanden. In wiederum einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle des Spiegels ein Strahlteiler im Beobachtungsstrahlengang angeordnet, so dass der Beleuchtungsstrahlengang dem Beobachtungsstrahlengang überlagert ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Beleuchtungsstrahlengang an dem Hauptobjektiv 6 vorbei zur Objektebene 5 geführt. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit können die in diesem Absatz genannten Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.
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Ein Gehäuse 14 des Operationsmikroskops 1 ist über eine nicht näher dargestellte Gelenkverbindung beweglich mit einer Aufhängung 3 verbunden. Die Aufhängung 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als vom Gehäuse aus betrachtet erster Tragarm 15 eines nicht näher dargestellten Stativs des Operationsmikroskops ausgeführt, wobei das Stativ eine beliebige Anzahl weiterer Tragarme umfassen kann. Unter einem Tragarm ist in diesem Zusammenhang allgemein ein Glied einer geschlossenen oder offenen kinematischen Kette zu verstehen, durch die das Gehäuse des Operationsmikroskops mit einem Fixpunkt im Raum (zum Beispiel einem Anlenkpunkt an Boden, Wand oder Decke des Operationsraums) verbunden ist. In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse über eine feste Verbindung mit einem ersten Tragarm eines Stativs verbunden, wobei die Verbindung lösbar oder unlösbar ausgestaltet sein kann. Insbesondere können das Gehäuse und der erste Tragarm auch einteilig ausgeführt sein.
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Im Inneren des Tragarms 15 sind ein zweiter Strömungskanal 17 und ein erster Strömungskanal 16 ausgebildet. Durch den zweiten Strömungskanal 17 ist einem unteren Ende 18 des Tragarms 15, an dem sich die Verbindung zum Gehäuse 14 befindet, ein Kühlmedium in Form von Luft zuführbar. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Luft über Öffnungen an einem oberen Ende 19 des Tragarms 15 in den Tragarm einleitbar. In einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Luft dem zweiten Strömungskanal über weitere Strömungskanäle in angrenzenden Tragarmen des Stativs zugeführt. Am unteren Ende 18 des Tragarms 15 wird die Luft umgelenkt und durch den ersten Strömungskanal wieder zu dem oberen Ende 19 des Tragarms 15 geführt.
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In dem ersten Strömungskanal 16 sind Mittel zum Erzeugen einer Strömung in Form von drei Solid State Fans 20 (im Folgenden als SSF bezeichnet) angeordnet. Das Funktionsprinzip dieser SSF 20 beruht auf einer Koronaentladung zwischen zwei Elektroden. Hierbei werden Luftmoleküle ionisiert und durch ein starkes elektrisches Feld in Bewegung versetzt, wodurch ein Luftstrom in einer Größenordnung von bis zu mehreren Meter pro Sekunde entsteht. Ein Vorteil eines SSF besteht darin, dass dieser ohne bewegte Teile betrieben wird, so dass keine nennenswerten Vibrationen oder Erschütterungen in das System erzeugt werden, auch nicht, wenn sich nach langer Betriebszeit Ablagerungen oder Verunreinigungen gebildet haben sollten. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen sind ein, zwei, drei oder mehr Mittel zum Erzeugen einer Strömung in dem ersten Strömungskanal und/oder in dem zweiten Strömungskanal angeordnet.
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Der erste Strömungskanal 16 und die LED 10 sind über eine Wärmebrücke oder eine Heat Pipe in Form einer Wärmeleitung 21 miteinander verbunden. Durch die Wärmeleitung 21 ist ein Großteil der von der LED erzeugten Wärme zum unteren Ende 18 des Tragarms 15 transportierbar. Die Wärmeleitung 21 steht dabei mit der LED 10 oder einem Kühlkörper der LED 10 in wärmeleitendem Kontakt. Unter einem Großteil der Wärme wird dabei ein Betrag von mindestens 50% einer von der LED abgegebenen Wärmeleistung verstanden.
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In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Wärmetransport von der LED 10 durch das Gehäuse 14 und die Aufhängung 3 in zwei Schritten. In einem ersten Schritt wird ein Großteil der von der LED 10 erzeugten Wärme durch Wärmeleitung von der LED 10 über den Wärmeleiter 21 zum unteren Ende 18 des Tragarms 15 übertragen. Am unteren Ende 18 des Tragarms 15 grenzt der Wärmeleiter 21 an die Luftströmung an, die durch die SSF 20 in dem ersten Strömungskanal 16 erzeugt ist. In einer Grenzschicht der Luftströmung unmittelbar am Wärmeleiter 21 wird die Wärme durch Wärmeleitung von dem Wärmeleiter 21 auf die Luft übertragen, die damit thermische Energie aufnimmt. Die Strömung der Luft (Konvektion) bewirkt einen Transport der thermischen Energie durch den zweiten Strömungskanal von dem unteren Ende 18 des Tragarms 15 weg.
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Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop wurde in den Ausführungsbeispielen anhand einer Wärme erzeugenden Komponente in Form einer Beleuchtungseinheit beschrieben. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit ist das Konzept aber auch auf andere, insbesondere elektrisch betriebene Komponenten wie Videokameras oder Systeme zur Dateneinspiegelung anwendbar.
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In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen sind Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung in dem ersten Strömungskanal und/oder in dem zweiten Strömungskanal innerhalb des Gehäuses des Operationsmikroskops angeordnet. In wiederum einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste Tragarm selber als erster Strömungskanal ausgestaltet, so dass auf ein separates Bauelement im Inneren des ersten Tragarms verzichtet werden kann.
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Durch den Wärmetransport über die Aufhängung kann die erwärmte Luft in einen Bereich transportiert werden, in dem die erwärmte Abluft sich nicht oder nur wenig störend auf den Betrieb des Operationsmikroskops auswirkt. Dadurch ermöglicht die Erfindung einen komfortablen Betrieb des Operationsmikroskops. Weiterhin kann auf die Anordnung zusätzlicher Leitungen an einer Außenseite des Operationsmikroskops weitgehend verzichtet werden, woraus sich Vorteile im Hinblick auf eine Sterilhaltung des Geräts ergeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5122984 [0003]
- US 5122904 [0003]
- US 4309817 [0004]
- US 4039817 [0004]
