DE102016004677A1

DE102016004677A1 - Kupplungsvorrichtung für Lichtleiter

Info

Publication number: DE102016004677A1
Application number: DE102016004677.5A
Authority: DE
Inventors: Patrick SPRING; Markus Jauch; Johannes Wickersheim; Axel Hofer; Michael Ott
Original assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Current assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: DE102016004677B4

Abstract

Kupplungsvorrichtung (9) zur mechanischen und optischen Kopplung eines Lichtleiters (7) mit einer Lichtquelle (8) aufweisend einen Lichteintritt (16), eine Lichtleiteraufnahme (12) zum Einführen eines Lichtleiters (7), die koaxial zum Lichteintritt (16) angeordnet ist und eine Haltevorrichtung (11), die mit der Lichtleiteraufnahme (12) gekoppelt ist, wobei die Haltevorrichtung (11) eine Halteposition aufweist, in der eine Haltekraft (FM) wirkt und die Lichtleiteraufnahme (12) mit einem eingeführten Lichtleiter (7) aus einer geöffneten Position in diese Halteposition bewegbar ist, wobei auf die Lichtleiteraufnahme (12) eine Rückstellkraft (FR) wirkt, die der Haltekraft (FM) entgegengesetzt und vom Betrag kleiner ist.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Kupplungsvorrichtung für Lichtleiter, mit einem Lichteintritt und einer auf den Lichteintritt ausgerichteten Lichtleiteraufnahme.
Derartige Kupplungsvorrichtungen sind beispielsweise im Endoskopiebereich bekannt, um einen Lichtleiter mechanisch und optisch an eine Lichtquelle anzukoppeln.
Es ist hierbei üblich, dass die Lichtleiter mit einem Abschlussende ausgerüstet sind, welches einen Glaskörper in einer Metallhülse aufweist. Die genaue Ausgestaltung des Anschlussendes ist jedoch herstellerabhängig, sodass sich diese hinsichtlich ihres Durchmessers oder ihrer Außenkontur unterscheiden können. Ein Ankoppeln eines Lichtleiters an eine Lichtquelle eines anderen Herstellers ist daher mitunter schwierig.
Eine gemischte Verwendung von Lichtleitern und Lichtquellen unterschiedlicher Hersteller wird dadurch erschwert.
In bekannten Kupplungsvorrichtungen ist der Lichtleiter mechanisch verriegelbar, so dass er fest in der Kupplung gehalten ist. Dadurch besteht jedoch auch die Gefahr, dass durch unbeabsichtigte, ruckartige Bewegungen am Lichtleiter, beispielsweise durch darüber Stolpern, die Lichtquelle heruntergerissen oder die Kupplung beschädigt wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst universell verwendbare Kupplungsvorrichtung zu schaffen, bei der die Beschädigungsgefahr vermindert oder ausgeschlossen ist.
Diese Aufgabe wird durch eine vorgenannte Kupplungsvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Die Erfindung beschreibt weiter ein Verfahren zum Ankoppeln eines Lichtleiters an eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung.
Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung ist die Lichtleiteraufnahme mit einer Haltevorrichtung gekoppelt, die in einer Halteposition eine Haltekraft entwickelt. Weiterhin ist die Lichtleiteraufnahme mit einem eingeführten Lichtleiter aus einer geöffneten Position gegen eine Rückstellkraft zu dem Lichteintritt bewegbar, bis die Haltevorrichtung in die Halteposition überführt ist. Schließlich ist die Haltekraft entgegengesetzt zur und betragsmäßig größer als die Rückstellkraft.
Der Lichtleiter ist innerhalb der Lichtleiteraufnahme gehalten, die mit der Haltevorrichtung verbunden ist. Die Haltevorrichtung ist über die Haltekraft in der Kopplungsvorrichtung gehalten. Insgesamt ist daher der Lichtleiter in angekoppelter Stellung nun nicht mehr fest mit der Kupplungsvorrichtung verbunden, sondern er wird im Wesentlichen durch die Haltekraft gehalten. Die Rückstellkraft ist kleiner und wirkt der Haltekraft entgegen, so dass die tatsächliche Auslösekraft zum Lösen der Verbindung die Differenz aus Haltekraft und Rückstellkraft ist. Wird diese Auslösekraft auf den Lichtleiter in Richtung von der Kupplung weg ausgeführt, löst sich die Verbindung und der Lichtleiter wird durch die dann überwiegende Rückstellkraft aus der Kupplungsvorrichtung herausgedrückt.
Diese Kraftkopplung stellt einen Sicherheitsverschluss dar, der bei einer definierten Auslösekraft auslöst. Eine Beschädigung der Kupplungsvorrichtung oder der Lichtquelle durch ruckartige Bewegungen am Lichtleiter ist dadurch praktisch ausgeschlossen.
Durch Anpassen der Haltekraft und der Rückstellkraft, ist die Auslösekraft beliebig anpassbar. Für jeden Einsatzzweck kann so eine geeignete Auslösekraft definiert werden.
Es ist auch denkbar, die Haltekraft und oder die Rückstellkraft einstellbar auszuführen, so dass die Auslösekraft in gewissen Grenzen anwenderseitig einstellbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Haltevorrichtung eine Rastmechanik auf, mit welcher die Haltekraft entwickelbar ist. Die Rastmechanik kann beispielsweise eine oder mehrere federbeaufschlagte Kugeln aufweisen, die beispielsweise mit einem Rastkragen zusammenwirken.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung weist die Haltevorrichtung wenigstens einen Permanentmagneten auf, mit welchem die Haltekraft entwickelbar ist. Eine magnetische Haltekraft hat eine kurze Reichweite, was ein Auslösen begünstigt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Haltekraft in einem an die Halteposition benachbarten Abschnitt so stark abfällt, dass die Rückstellkraft die Lichtleiteraufnahme selbstständig in die geöffnete Position überführen. Somit ist bei Überwindung der Haltekraft erreichbar, dass die Kupplungsvorrichtung sich automatisch öffnet, ohne dass eine zusätzliche Belastung erforderlich wäre. Auf diese Weise kann einfach erreicht werden, dass beispielsweise bei einer extrem hohen Zugbelastung auf den Lichtleiter in der Lichtleiteraufnahme keine Zerstörung des Lichtleiters oder der Kupplungsvorrichtung eintritt, da die Kupplungsvorrichtung nach Überschreitung eines durch die Haltekraft vorgegebenen Grenzwertes automatisch öffnet. Dies kann besonders dann von Vorteil sein, wenn die Belastung ruckartig eintritt.
Zum Lösen der Verbindung des Lichtleiters, auch bei einem beabsichtigten Öffnen, muss mindestens die Auslösekraft auf die Haltevorrichtung aufgewendet werden. Je nach Größe der Auslösekraft, kann dadurch das Wechseln der Lichtleiter erschwert oder mühsam sein. Es ist daher vorteilhaft, wenn an der Kupplungsvorrichtung eine Handhabe ausgebildet ist, mit welcher eine kraftverstärkende Öffnungsvorrichtung betätigbar ist, um die Haltevorrichtung aus der Halteposition in eine inaktive Position zu überführen. Durch die Kraftverstärkung, beispielsweise eine Hebelwirkung, ist nun die aufzubringende Handkraft wesentlich geringer als die Auslösekraft. Ein beabsichtigtes Öffnen oder Lösen der Verbindung ist somit mühelos möglich.
Insbesondere zweckmäßig ist es, wenn die Öffnungsvorrichtung ein Bewegungsgewinde aufweist. Es lassen sich somit durch eine Drehbewegung hohe Kräfte einbringen, mit welchen auch große Haltekräfte überwindbar sind.
Zur Verwendung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung mit verschiedenen Lichtleitern ist es möglich, dass unterschiedliche und an die Lichtleiter angepasste Lichtleiteraufnahmen verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn an der Lichtleiteraufnahme eine Klemmvorrichtung ausgebildet ist, mit welcher ein in die Lichtleiteraufnahme eingeführter Lichtleiter klemmbar ist. Somit kann eine Lichtleiteraufnahme sämtliche Lichtleiter aufnehmen, unabhängig von deren Form und Durchmesser.
Die Klemmvorrichtung kann dabei auf verschiedene Arten ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Klemmvorrichtung durch eine Bewegung der Lichtleiteraufnahme gegen den Lichtaustritt in einen klemmenden Zustand überführbar.
Als Klemmvorrichtung kann die Klemmvorrichtung wenigstens einen Klemmbacken aufweisen. Somit ist ein fester Halt des Lichtleiters in der Lichtleiteraufnahme eirreichbar.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann der Klemmbacken eine Führungsausnehmung aufweisen, die an einer vorzugsweise von der Rückstellkraft beaufschlagten Kopplungshülse geführt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann an dem wenigstens einen Klemmbacken eine Rolle ausgebildet sein, deren Drehachse längs der Lichtleiteraufnahme ausgerichtet ist. Somit ist ein anfängliches Gleiten der Klemmbacken auf einem eingeführten Lichtleiter verbesserbar.
Eine zweckmäßige Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Klemmvorrichtung in einem einen eingeführten Lichtleiter klemmenden Zustand eine Kopplung, insbesondere über die Kopplungshülse, zwischen der Lichtleiteraufnahme und einer die Rückstellkraft entwickelnden Rückstellfeder herstellt. Somit ist auf einfache Weise erreichbar, dass die Rückstellfeder erst gespannt wird, wenn der Lichtleiter in der Lichtleiteraufnahme geklemmt ist. Ein Spannweg bis zum Spannen der Rückstellfeder bis zum Eingreifen der Haltekraft ist somit unabhängig von dem Durchmesser des Lichtleiters einstellbar. Es sind somit definierte Wegverhältnisse in der Haltevorrichtung erreichbar. Dies ist besonders bei kurzreichweitigen Haltekräften von Vorteil.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Klemmbacken so mit der Lichtleiteraufnahme verbunden ist, dass durch eine axiale Bewegung der Lichtleiteraufnahme gegen den Lichtaustritt der Klemmbacken in radialer Richtung auf den Lichtleiter bewegt wird und umgekehrt. Dadurch wird die Klemmung beim Einführen eines Lichtleiters in die Lichtleiteraufnahme automatisch hergestellt und beim Entfernen des Lichtleiters auch automatisch wieder gelöst. Der Lichtleiter wird durch diese Art der Aufnahme sicher gehalten und kann dennoch kraftfrei entfernt werden.
Um eine möglichst gute Lichtausbeute beim Übergang von der Lichtquelle in den Lichtleiter zu gewähren, sollte der Lichtleiter innerhalb der Lichtleiteraufnahme koaxial zum Lichtaustritt zentriert sein.
Bei der Verwendung von Lichtleitern mit unterschiedlichen Durchmessern besteht das Problem, dass diese Zentrierung nicht einfach erreichbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Lichtleiteraufnahme dazu vorzugsweise eine Zentriereinrichtung auf.
Insbesondere kann an einem dem Lichteintritt zugewandten Ende der Lichtleiteraufnahme eine Zentriervorrichtung ausgebildet sein, mit welcher ein eingeführter Lichterleiter auf den Lichteintritt ausrichtbar ist.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass eingeführte Lichtleiter unabhängig von ihrem Durchmesser koaxial zum Lichteintritt der Kupplungsvorrichtung ausgerichtet sind.
Eine solche Zentriereinrichtung kann beispielsweise mehrere Federzungen aufweisen, die am Innenumfang der Lichtleiteraufnahme verteilt angeordnet sind.
Die Zentriereinrichtung kann auch durch einen konisch zulaufenden Anschlag am Ende der Lichtleiteraufnahme gebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Erfindung mehrere federbeaufschlagte Kippelemente auf, die radial in das Innere der Lichtleiteraufnahme ragen und in radialer Richtung kippbar oder drehbar sind.
Ein Verfahren zur Ankopplung eines Lichtleiters an einen Lichteintritt der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter zunächst in eine Lichtleiteraufnahme eingeführt wird und die Lichtleiteraufnahme mit dem eingeführten Lichtleiter gegen eine Rückstellkraft auf den Lichteintritt zu bewegt wird, bis eine Haltevorrichtung eine Haltekraft entwickelt, die der Rückstellkraft entgegengesetzt und betragsmäßig größer als die Rückstellkraft ist.
Vorzugsweise wird der Lichtleiter durch eine Bewegung der Lichtleiteraufnahme gegen eine Rückstellkraft auf den Lichteintritt zu in der Lichtleiteraufnahme geklemmt.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Endoskopanordnung mit einem Endoskop und einer Lichtquelle wobei das Endoskop mit der Lichtquelle über einen Lichtleiter verbunden ist und die Lichtquelle eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung aufweist.
Das Aktivieren der Lichtquelle (ein- und ausschalten der Beleuchtung) kann über einen Schalter oder Taster im Bereich der Haltevorrichtung gesteuert werden. Dieser Schalter wird geschlossen, sobald die Haltevorrichtung in der Halteposition gehalten wird. Erst dann kann die Beleuchtung der Lichtquelle eingeschaltet werden. Ist der Schalter oder Taster geöffnet, kann die Beleuchtung nicht eingeschaltet werden. Diese elektrische Sicherung sorgt dafür, dass die Beleuchtung nur bei eingesetztem Lichtleiter eingeschaltet werden kann.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Endoskopanordnung,
2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung mit eingesetztem Lichtleiter in entkuppelter Position,
3 eine Schnittdarstellung der Kupplungsvorrichtung der 2, mit dem Lichtleiter in geklemmter Position,
4 eine Schnittdarstellung der Kupplungsvorrichtung der 2, mit eingesetztem Lichtleiter in der Halteposition und
5 eine Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der Öffnungsvorrichtung der Kupplungsvorrichtung.
Die 1 zeigt eine Endoskopanordnung 1 als beispielhafte Anwendung für eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung 9. Die Endoskopanordnung 1 weist ein Endoskop 2 zur Untersuchung eines Objekts 3 auf. Mit dem Endoskop 2 ist eine Kameraeinheit 4 verbunden, durch die das untersuchte Objekt 3 auf einem Monitor 5 darstellbar ist. Das Endoskop 2 ist selbstverständlich auch ohne Kameraeinheit 4 und Monitor 5 verwendbar.
Das Endoskop 2 hat einen Lichtanschluss 6, an dem ein Lichtleiter 7 angeschlossen ist. Der Lichtleiter 7 ist an der anderen Seite mit einer Lichtquelle 8 verbunden. An der Lichtquelle 8 ist eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung 9 zum Ankuppeln des Lichtleiters 7 vorhanden.
Eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 9 ist in einer Schnittdarstellung in den 2 bis 4 gezeigt.
Die 2 zeigt die Kupplungsvorrichtung in der Offenposition mit bereits eingeführtem Lichtleiter. Die 3 zeigt die Kupplungsvorrichtung in einer Klemmposition und die 4 zeigt die Kupplungsvorrichtung in der Halteposition. Abgesehen davon zeigen die 2 bis 4 jeweils dieselben Merkmale der Erfindung. Aufgrund der Vielzahl an Merkmalen sind der Übersichtlichkeit halber einzelne Merkmale jeweils nur in der angegebenen Figur benannt. Die 2 bis 4 sind daher immer zusammen zu betrachten.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung 9 weist im Wesentlichen ein Gehäuse 10, eine Haltevorrichtung 11, eine Lichtleiteraufnahme 12 für einen Lichtleiter 7 und eine Öffnungsvorrichtung 13 auf.
Das Gehäuse 10 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und weist ein offenes Ende 14 und ein geschlossenes Ende 15 auf. Am geschlossenen Ende 15 weist das Gehäuse 10 einen koaxial angeordneten Lichteintritt 16 auf, der im Beispiel eine kreiszylindrische Lichteintrittsöffnung 57 aufweist. In dieser Lichteintrittsöffnung 57 ist koaxial die Lichtaustrittsoptik 17 der Lichtquelle 8, in Form eines Lichtkegels, positioniert. Radial um die Lichtaustrittsoptik 17 herum ist in der Lichteintrittsöffnung 57 eine Isolierung 18 angeordnet, die vorzugsweise aus elastischem Material ausgebildet ist, um die Lichtaustrittsoptik 17 zu halten und vor Beschädigung zu schützen. Die Lichtaustrittsoptik 17 sorgt dafür, dass das Licht der Lichtquelle 8 möglichst vollständig in einen Lichtleiter 7 gelangt.
Die genaue Ausgestaltung des Gehäuses 10, des Lichteintritts 16 sowie der Lichtaustrittsoptik 17 spielt für die Funktion der Erfindung keine wesentliche Rolle, weshalb diese hier nur exemplarisch dargestellt sind. In keinem Fall soll die Erfindung auf die gezeigte Ausführung beschränkt sein.
Die Lichtleiteraufnahme 12 (2) ist koaxial im Innern des Gehäuses 10 angeordnet. Sie weist eine äußere Hülse als Kopplungshülse 19 auf, die im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist. Der Außendurchmesser der Kopplungshülse 19 entspricht dabei im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 10, so dass die Kopplungshülse 19 gegenüber dem Gehäuse 10 axial beweglich ist. Dabei gleitet die Außenumfangsfläche der Kopplungshülse 19 auf der Innenumfangsfläche des Gehäuses 10.
Zwischen dem geschlossenen Ende 15 des Gehäuses 10 und dem ihm zugewandten Ende 20 der Kopplungshülse 19 ist im Beispiel eine Spiralfeder 21 angeordnet, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 10 entspricht, so dass die Kopplungshülse 19 mit einer Rückstellkraft F_R beaufschlagt ist, die in Richtung offenes Ende 14 wirkt. Die Ruheposition der Kopplungshülse 19 wird somit durch die Länge der entspannten Rückstellfeder 21 definiert. Damit die Rückstellfeder 21 nicht radial verrutscht, ist auf der Innenseite des geschlossenen Endes 15 des Gehäuses 10 eine ringförmige Nut 22 angeordnet, in der ein Ende der Spiralfeder 21 eingelegt ist.
Am entsprechenden Ende 20 der Kopplungshülse 19 ist entlang des Außenumfangs eine axiale Stufenausnehmung 23 vorhanden, in der die Spiralfeder 21 aufsitzt. Durch den verbleibenden Ring 24 am Innenumfang der inneren Hülse 25 wird verhindert, dass die Spiralfeder 21 nach innen verrutscht.
Weiterhin weist die Lichtleiteraufnahme 12 eine in der Kopplungshülse 19 geführte innere Hülse 25 auf, die ebenfalls im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist. Dabei entspricht der Außendurchmesser der inneren Hülse 25 im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Kopplungshülse 19, so dass diese beiden Teile axial gegeneinander gleitend beweglich sind. Wichtig dabei ist, dass die innere Hülse 25 nicht durch die Rückstellfeder 21 beaufschlagt ist, so dass sich die innere Hülse 25 im Wesentlichen kraftfrei bewegen lässt.
Die innere Hülse 25 ist koaxial zum Lichteintritt 16 ausgerichtet. Sie weist an dem Lichteintritt zugewandten Ende 26 einen axialen Endanschlag auf, an dem ein eingeführter Lichtleiter 7 aufliegt. Der Endanschlag ist im Beispiel durch einen am Innenumfang der inneren Hülse 25 radial nach Innen hervorstehenden, umlaufenden Rand 27 gebildet. Der axiale Endanschlag 27 kann jedoch auch beliebig anders ausgebildet sein, beispielsweise durch nach innen hervorstehende Zapfen.
Die erfindungsgemäße Lichtleiteraufnahme 12 ist zur Aufnahme verschiedener Lichtleiter 7 ausgebildet. Dazu ist der Innendurchmesser der inneren Hülse 25 so groß gewählt, dass der größte vorgesehene Lichtleiter 7 noch eingeführt werden kann. Dadurch besteht jedoch das Problem, dass Lichtleiter 7 mit geringerem Durchmesser locker in der Lichtleiteraufnahme 12 sitzen und eventuell nicht koaxial zum Lichteintritt 16 ausgerichtet sind. Um eine solche ungünstige Lage des Lichtleiters 7 zu verhindern, ist am Anschlagsende 26 der inneren Hülse 25 eine Zentriervorrichtung 28 (4) angeordnet. Die Zentriervorrichtung 28 gewährleistet eine koaxiale Ausrichtung des Lichtleiters 7 in Bezug auf den Lichteintritt 16.
Im Beispiel weist diese Zentriervorrichtung 28 drei Zentrierhebel 29 auf, die in radialer Richtung schwenkbar sind. Sie sind jeweils auf gleicher axialer Höhe gleichmäßig über den Umfang der inneren Hülse 25 verteilt angeordnet. Bei drei Zentrierhebeln 29 daher mit einem Winkelabstand von jeweils 120° zueinander.
Die Zentrierhebel 29 sind im Wesentlichen als rechtwinklige Keile ausgebildet. Die Keile 29 liegen in Öffnungen 30 in der Wand 31 der inneren Hülse 25. Das schmale Keilende 30 ist in etwa so breit wie die Wandstärke der inneren Hülse 25. Es ist in der Wand 31 an einer tangential verlaufenden Drehachse 33 gelagert, so dass es in radialer Richtung kippbar oder schwenkbar ist.
Das breite Keilende 34 ragt radial nach Innen in die innere Hülse 25 hinein, so dass sich der Innendurchmesser der inneren Hülse 25 in Richtung Anschlagsende 26 im Wesentlichen konisch verjüngt.
Im Beispiel sind die Keile 29 in axialer Richtung so angeordnet, dass das breite Keilende 34 unmittelbar über dem axialen Anschlag 27 liegt. So wird eine genaue koaxiale Ausrichtung zum Lichteintritt 16 gewährleistet. Grundsätzlich kann die Zentriervorrichtung auch axial weiter vom Anschlagsende 26 entfernt sein.
Zur Zentrierung der Keile 29 ist eine radial nach Innen gerichtete Zentrierkraft notwendig. Dazu ist am Außenumfang 35 der inneren Hülse 25 im Bereich der breiten Keilenden 34 eine umlaufende Nut 36 angeordnet, in der ein elastischer Ring 37 eingelegt ist. Die Keile 29 haben auf ihren Außenflächen jeweils ebenfalls eine Nut 38 in Umfangsrichtung, in die der Ring 37 eingreift. Der Ring 37 ist beispielsweise ein O-Ring aus Gummi oder Silikon oder ein Federriemen und bewirkt eine radial nach Innen gerichtete Zentrierkraft auf die Zentrierhebel 29.
Beim Einführen eines Lichtleiters 7 in die innere Hülse 25 drückt das Ende des Lichtleiters 7 auf die schrägen Flächen 39 der Keile. Durch überwinden der Zentrierkraft, werden die Zentrierhebel 29 gleichmäßig radial nach außen gekippt, bis der Lichtleiter 7 durch die freiwerdende Öffnung hindurchpasst. Aufgrund der gleichmäßigen Anordnung der Zentrierhebel 29 und der identischen Zentrierkraft wird eine exakte koaxiale Ausrichtung der Lichtleiter 7 erreicht.
Neben der hier gezeigten Ausführung mit drei Zentrierkeilen können selbstverständlich auch vier oder mehr Keile verwendet werden. Die Zentriervorrichtung kann grundsätzlich auch anders aufgebaut sein, beispielsweise mit Federzungen anstelle der kippbaren Zentrierhebel.
Neben der Zentriervorrichtung 28 weist die erfindungsgemäße Lichtleiteraufnahme 12 eine Klemmvorrichtung 40 (3) auf, die Lichtleiter 7 mit verschiedenen Durchmessern sicher in der Lichtleiteraufnahme 12 hält. Die Klemmvorrichtung 40 weist im Beispiel drei Klemmbacken 41 auf, die am Umfang der inneren Hülse 25 gleichmäßig verteilt angeordnet sind, im Beispiel daher mit einem 120° Winkel zueinander. Damit die innere Hülse 25 eine ausreichende Festigkeit behält, sind im Beispiel die Klemmbacken 41 jeweils um 60° versetzt zu den Zentrierhebeln 29 angeordnet.
Die Klemmbacken 41 sind im Beispiel quaderförmig ausgebildet. Zur Aufnahme der Klemmbacken 41 weist die Wand 31 der inneren Hülse 25 jeweils eine Öffnung 42 auf, in der eine radiale Führung 43 eingesetzt ist, die nach Außen über den Außenumfang 35 der inneren Hülse 25 hervorsteht. In der Wand 44 der Kopplungshülse 19 ist daher in diesen Bereichen jeweils ein Langloch oder eine andere Ausnehmung 45 angeordnet.
Im Bereich dieser Ausnehmungen 45 sind in der Kopplungshülse 19 jeweils zwei Rundstäbe 46 in tangentialer Richtung fest angeordnet. Die Rundstäbe 46 sind axial übereinander so angeordnet, dass der Rundstab, der dem Anschlagsende 26 zugewandt ist, radial weiter innen liegt.
Innerhalb der Klemmbacken 41 verlaufen diagonale Schlitze 47 durch die die Rundstäbe 46 durch die Klemmbacken 41 hindurch führen. Die Schlitze 47 verlaufen dabei ausgehend vom dem Anschlagsende 26 zugewandten Ende der Klemmbacken 41 von radial Innen nach radial Außen.
Bei einer axialen Bewegung der inneren Hülse 25 in Richtung Lichteintritt 16 werden die Klemmbacken 41 in axialer Richtung mitbewegt. Bei gleichzeitig feststehender Kopplungshülse 19 stehen auch die Rundstäbe 46 innerhalb der Schlitzführung 47 fest. Die Klemmbacken 41 gleiten dann entlang der schrägen Schlitzführung 47 innerhalb der Führung 43 radial nach Innen, bis sie an einem eingeführten Lichtleiter 7 in einer Klemmposition anliegen. Bei einer axialen Bewegung in die entgegengesetzte Richtung werden die Klemmbacken 41 wieder radial nach außen in eine Offenposition überführt werden.
Erfindungsgemäß ist die Lichtleiteraufnahme 12 weiter mit einer Haltevorrichtung 11 (5) gekoppelt, die in einer Halteposition eine Haltekraft entwickelt. Im gezeigten Beispiel weist die Haltevorrichtung 11 Permanentmagnete 49 auf, die in der Halteposition auf eine Magnetplatte 50 eine magnetische Haltekraft F_M entwickeln, die der Rückstellkraft F_R entgegengesetzt ist. Die Permanentmagnete 49 sind als axial magnetisierte Rundstabmagnete mit planen Stirnflächen 51 ausgebildet. Das Gehäuse 10 weist in der Stirnfläche 52 des offenen Endes 14 axiale Bohrungen 53 auf, in die die Stabmagnete 49 eingesetzt sind. Im Beispiel ragen die Stabmagnete 49 etwas über die Gehäuse-Stirnfläche heraus, so dass die Magnetplatte 50 in der Halteposition plan auf den Stirnflächen 51 der Magnete 49 aufliegt.
Die Magnetplatte 50 ist eine im Wesentlichen kreisförmige Platte, die am dem Anschlagsende 26 gegenüberliegenden Ende, dem Einführende 54, der inneren Hülse 25 fest mit dieser verbunden ist. Die Platte weist eine koaxiale Öffnung 55 auf, durch die ein Lichtleiter 7 in die innere Hülse 25 einführbar ist.
Der Durchmesser der Platte 50 ist so groß, dass sie die im Gehäuse 10 sitzenden Stabmagnete 49 zumindest großflächig, vorzugsweise vollständig, radial überdeckt. Die Platte 50 ist gegenüber dem Gehäuse 10 mit einer öffnenden Kraft beaufschlagt, die die Platte 50 in einem gewissen Abstand zum Gehäuse 10 und damit den Stabmagneten 49 hält. Diese durch die öffnende Kraft vorgegebene Ruheposition der Platte 50 definiert die Offenposition der Haltevorrichtung 11. Es gibt zahlreiche bekannte Mittel um eine solche öffnende Kraft aufzubringen, aus denen der Fachmann eine geeignete auswählen wird. Im Beispiel wird diese öffnende Kraft durch mehrere Spiralfedern erzeugt, die zwischen der Platte und dem Gehäuse angeordnet sind, aber in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.
Die Stabmagnete 49 sind jeweils paarweise und mit entgegengesetzter magnetischer Polung angeordnet. Das bedeutet ein Magnet 49 eines Paares ist mit seinem Nordpol N und der andere mit seinem Südpol S der Platte 50 zugewandt. Bei dieser Art der magnetischen Anordnung ist es notwendig, dass das Gehäuse 10 und die Magnetplatte 50 aus ferromagnetischem Material bestehen. Dann dient das Gehäuse 10 als magnetischer Rückschluss, in dem die magnetischen Feldlinien zwischen den eingebetteten Enden 56 der Stabmagnete 49 verlaufen. In der Halteposition werden die magnetischen Feldlinien dann durch die Magnetplatte 50 geschlossen, wodurch eine sehr starke magnetische Haltekraft entsteht. Es gibt zahlreiche alternative Anordnungsmöglichkeiten für die Magnete, die äquivalent verwendet werden können. Es könnten beispielsweise radial magnetisierte Magnete verwendet werden, deren Feldlinien allein über die Platte geschlossen werden, so dass das Gehäuse beispielsweise auch aus Kunststoff bestehen könnte.
Der Vorteil der gezeigten Anordnung besteht darin, dass der axiale Abstand zwischen der Magnetplatte 50 und dem Endanschlag 27 der inneren Hülse geometrisch fest vorgegeben ist. In der Halteposition liegt die Magnetplatte 50 plan auf den Magneten 49 auf. Dadurch ist auch die axiale Position des Endanschlags 27 der inneren Hülse 25 fest definiert. Unabhängig vom Durchmesser des verwendeten Lichtleiters 7 ist daher auch der axiale Abstand zwischen der Lichteintrittsoptik 17 und dem Lichtleiter 7 immer gleich. Er kann für einen optimalen Lichtübergang praktisch auf Null reduziert werden.
Die Haltekraft F_M der Stabmagnete 49 auf die Magnetplatte 50 ist entgegengesetzt zur Rückstellkraft F_R der Rückstellfeder 21. Die resultierende Auslösekraft, die zum Lösen der Haltevorrichtung 11 benötigt wird, ist daher im Wesentlichen die Differenz aus diesen beiden Kräften und muss größer als Null sein. Durch die Wahl der Rückstellfeder 21 und der Magnete 49 kann die Auslösekraft beliebig gewählt werden.
Die Öffnungsvorrichtung 13 (5) dient schließlich dazu die magnetische Haltekraft F_M zu lösen. Dazu weist die Öffnungsvorrichtung 13 eine im Wesentlichen dosenförmige Kappe 58 auf, die auf das offene Ende 14 des Gehäuses 10 gesetzt ist. Diese Kappe 58 ist in axialer Richtung festgelegt aber um die Gehäuseachse 59 drehbar ausgebildet. Die Kappe 58 weist an ihrem Innenumfang zwei sich gegenüberliegende nach Innen hervorstehende in axialer Richtung konisch verlaufende Flächen 60 auf. Die Magnetplatte 50 weist konische Gegenflächen 61 auf, die sich in der Grundstellung nicht berühren.
Ist die Magnetplatte 50 in der Halteposition und wird die Kappe 58 gedreht, greifen die konischen Flächen 60 in die Gegenflächen 61 ein und bewirken durch ein Aneinandergleiten ein Anheben der Platte 50 in axialer Richtung vom Gehäuse 10 weg.
Dabei genügt bereits eine geringe Anhebestrecke, um einen Luftspalt zwischen den Stabmagneten 49 und der Platte 50 zu bilden, in dem die magnetischen Feldlinien schnell unterbrochen werden.
Zur einfacheren Betätigung ist im Beispiel an der Abdeckkappe 58 ein Entriegelungsrad 62 mit artikulierter Handhabung 63 fest angeordnet. Der Durchmesser des Entriegelungsrads 62 und die Steigung der konischen Flächen 60, 61 bestimmen die Hebelwirkung der Öffnungsvorrichtung. Je größer der Durchmesser und je geringer die Steigung desto geringer ist die notwendige Handkraft zum Lösen der Verbindung.
Die Kupplungsvorrichtung kann zusätzlich eine elektrische Sicherheitseinrichtung aufweisen. Dazu kann die Haltevorrichtung 11 einen elektrischen Drucktaster (nicht gezeigt) aufweisen. Dessen Betätigungselement ragt etwas aus der Stirnfläche 52 des Gehäuses 10 heraus und wird über die Magnetplatte 50 betätigt. Wenn die Magnetplatte 50 an der Stirnfläche 52 anliegt, wird der Taster geschlossen, so dass die Beleuchtung der Lichtquelle 8 eingeschaltet werden kann. Wenn der Taster nicht geschlossen ist, kann die Beleuchtung der Lichtquelle 8 aus Sicherheitsgründen nicht eingeschaltet werden. Damit wird erreicht, dass die Beleuchtung nur bei eingestecktem Lichtleiter (7) eingeschaltet werden kann.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 9 ist nachfolgend anhand von verschiedenen Positionen mit Bezug auf die 2 bis 4 gezeigt.
Zunächst befindet sich die Kupplungsvorrichtung 9 in einer Offenposition. Das bedeutet, dass die Magnetplatte 50 durch die öffnende Kraft F_O nach Außen gegen die Abdeckkappe 58 gedrückt wird und somit einen Abstand zu den Stabmagneten 49 aufweist. Die Kopplungshülse 19 der Lichtleiteraufnahme 12 befindet sich ebenfalls durch die Rückstellfeder 21 in einer Ruheposition. Die innere Hülse 25 ist fest mit der Magnetplatte 50 verbunden und befindet sich daher ebenfalls in der Offenposition. Die Klemmbacken 41 sind ganz geöffnet.
Wird nun ein Lichtleiter 7 in die Kupplungsvorrichtung 9 eingeführt, gelangt er durch die Abdeckkappe 58 und die Magnetplatte 50 hindurch in das Innere der inneren Hülse 25. Dort gelangt er praktisch kraftfrei bis zur Zentriervorrichtung 28. Sobald der Lichtleiter 7 auf den schrägen Flächen der Zentrierkeile 29 anliegt, werden diese durch leichten Druck radial nach außen gekippt und der Lichtleiter 7 kann weiter geschoben werden, bis er am axialen Endanschlag 27 anliegt. Diese Ruhe- oder Offenposition ist in 2 dargestellt.
Wird der Lichtleiter 7 nun weiter in Richtung Lichteintritt 16 gedrückt, dann wird zunächst die innere Hülse 25 mitbewegt, weil die Kopplungshülse 19 von der Rückstellfeder 21 in ihrer Ruheposition gehalten wird. Durch diese axiale Relativbewegung der inneren Hülse 25 gegenüber der Kopplungshülse 19 werden aber aufgrund der Schlitzführung 47 die Klemmbacken 41 radial nach innen bewegt, bis sie am Lichtleiter 7 anliegen. (3) Dort klemmen sie den Lichtleiter 7 fest in der inneren Hülse 25 ein. Dies funktioniert unabhängig vom Durchmesser des Lichtleiters 7.
Nachdem der Lichtleiter 7 geklemmt ist, besteht durch die Schlitzführung 47 und den Lichtleiter 7 nun eine starre Kopplung zwischen der Kopplungshülse 19 und der inneren Hülse 25. Bei weiterer Bewegung in Richtung Lichteintritt 16 wird demnach die Kopplungshülse 19 in axialer Richtung mitbewegt. Ab diesem Zeitpunkt muss beim weiteren Einführen die Rückstellkraft F_R der Rückstellfeder 21 überwunden werden. Schließlich gelangt bei weiterer Bewegung die an der inneren Hülse 25 angeordnete Magnetplatte 50 in den Wirkbereich der Stabmagnete 49. Liegt die Magnetplatte 50 auf den Magneten 49 auf, ist die Halteposition der Kupplungsvorrichtung 9 erreicht. (4) Da die Magnetkraft F_M die Rückstellkraft F_R betragsmäßig überwiegt, liegt eine Netto-Haltekraft vor, die die Lichtleiteraufnahme 12 im Gehäuse 10 hält. Der Lichtleiter selbst wird durch die Klemmvorrichtung 40 in der Lichtleiteraufnahme 12 sicher gehalten.
Zum Öffnen der Kupplung 9 muss eine Auslösekraft überwunden werden, die betragsmäßig größer als die Netto-Haltekraft ist und ihr entgegengesetzt ist. Dazu wird das Entriegelungsrad 62 gedreht, wodurch die Magnetplatte 50 über die konischen Flächen 60 und 61 in einen an die Halteposition benachbarten Abschnitt 64 angehoben wird. In diesem Abschnitt fällt die Magnetkraft F_M stark ab, so dass die Rückstellkraft F_R überwiegt und die Kopplungshülse 19 selbststätig in ihre Ruheposition drückt. Dabei wird die innere Hülse 25 aufgrund der Schlitzmechanik 47 mit bewegt.
Die Rückstellfedern (nicht gezeigt) der Magnetplatte 50 bewirken schließlich ein Bewegen der inneren Hülse 25 und der Magnetplatte 50 in die Offenposition. Während dieser Bewegung der inneren Hülse 25 ist die Kopplungshülse 19 bereits fix, so dass die Relativbewegung der beiden Hülsen ein radiales Öffnen der Klemmbacken 41 bewirkt. Der Lichtleiter 7 ist nun frei und kann einfach entnommen werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht nun darin, dass die Kupplungsvorrichtung 9 eine Sicherheitsauslösung der magnetischen Haltevorrichtung 11 besitzt. Durch Stolpern über den Lichtleiter 7 oder andere unbeabsichtigte Umstände kann es passieren, dass eine Zugkraft auf den Lichtleiter ausgeübt wird. Ist diese Zugkraft größer als die Auslösekraft, dann wird die magnetische Verbindung gelöst und die Halteplatte 50 mitsamt der inneren Hülse 25 in Richtung offenes Gehäuseende 14 gezogen. Die weitere Öffnung der Kupplungsvorrichtung 9 erfolgt dann analog zur oben beschriebenen manuellen Öffnung. Eine Beschädigung des Lichtleiters 17 und der Lichtquelle 8 wird dadurch wirkungsvoll verhindert.
Kupplungsvorrichtung 9 zur mechanischen und optischen Kopplung eines Lichtleiters 7 mit einer Lichtquelle 8 aufweisend einen Lichteintritt 16, eine Lichtleiteraufnahme 12 zum Einführen eines Lichtleiters 7, die koaxial zum Lichteintritt 16 angeordnet ist und eine Haltevorrichtung 11, die mit der Lichtleiteraufnahme 12 gekoppelt ist, wobei die Haltevorrichtung 11 eine Halteposition aufweist, in der eine Haltekraft F_M wirkt und die Lichtleiteraufnahme 12 mit einem eingeführten Lichtleiter 7 aus einer geöffneten Position in diese Halteposition bewegbar ist, wobei auf die Lichtleiteraufnahme 12 eine Rückstellkraft F_R wirkt, die der Haltekraft F_M entgegengesetzt und vom Betrag kleiner ist.
Bezugszeichenliste

1: Endoskopanordnung
2: Endoskop
3: Objekt
4: Kamera
5: Monitor
6: Lichtanschluss
7: Lichtleiter
8: Lichtquelle
9: Kupplungsvorrichtung
10: Gehäuse
11: Haltevorrichtung
12: Lichtleiteraufnahme
13: Öffnungsvorrichtung
14: offenes Ende des Gehäuses
15: geschlossenes Ende des Gehäuses
16: Lichteintritt
17: Lichteintrittsoptik
18: Isolierung
19: Kopplungshülse
20: federende Kopplungshülse
21: Rückstellfeder
22: ringförmige Nut am Gehäuse
23: Stufenausnehmung der Kopplungshülse
24: innerer Ring
25: innere Hülse
26: Anschlagsende der inneren Hülse
27: axialer Endanschlag der inneren Hülse
28: Zentriervorrichtung
29: Zentrierhebel/Keil
30: Keilöffnung der inneren Hülse
31: Wand der inneren Hülse
32: schmales Keilende
33: Drehachse des Keils
34: breites Keilende
35: Außenumfang der inneren Hülse
36: umlaufende Nut der inneren Hülse
37: elastischer Ring
38: Nut im Keil
39: schräge Flächen des Keils
40: Klemmvorrichtung
41: Klemmbacken
42: Öffnung für Klemmbacken
43: radiale Führung für Klemmbacken
44: Wand der Kopplungshülse
45: Ausnehmung der Kopplungshülse
46: Rundstab
47: diagonaler Schlitz
49: Magnete
50: Magnetplatte
51: Stirnfläche des Magneten
52: Stirnfläche des Gehäuses
53: Bohrungen
54: einführende innere Hülse
55: Öffnung der Platte
56: eingebettete Enden des Magneten
57: Lichteintrittsöffnung
58: Abdeckkappe
59: Gehäuseachse
60: konische Fläche der Kappe
61: konische Gegenfläche der Platte
62: Entriegelungsrad
63: Handhabung
64: benachbarter Bereich zur Halteposition

Claims

Kupplungsvorrichtung (9) für Lichtleiter (7), mit einem Lichteintritt (16) und einer auf den Lichteintritt (16) ausgerichteten Lichtleiteraufnahme (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiteraufnahme (12) mit einer Haltevorrichtung (11) gekoppelt ist, die in einer Halteposition eine Haltekraft (F_M) entwickelt, dass die Lichtleiteraufnahme (12) mit einem eingeführten Lichtleiter (7) aus einer geöffneten Position gegen eine Rückstellkraft (F_R) zu dem Lichteintritt (16) bewegbar ist, bis die Haltevorrichtung (11) in die Halteposition überführt ist, und dass die Haltekraft (F_M) entgegengesetzt zur und betragsmäßig größer als die Rückstellkraft (F_R) ist.
Kupplungsvorrichtung (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (11) eine Rastmechanik aufweist, mit welcher die Haltekraft entwickelbar ist und/oder dass die Haltevorrichtung (11) einen Permanentmagneten (49) aufweist, mit welchem die Haltekraft (F_M) entwickelbar ist.
Kupplungsvorrichtung (9) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft (F_M) in einem an die Halteposition benachbarten Abschnitt (64) so stark abfällt, dass die Rückstellkraft (F_R) die Lichtleiteraufnahme (11) selbsttätig in die geöffnete Position überführt.
Kupplungsvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Handhabe (63) ausgebildet ist, mit welcher eine kraftverstärkende Öffnungsvorrichtung (13) betätigbar ist, um die Haltevorrichtung (11) aus der Halteposition in eine inaktive Position zu überführen.
Kupplungsvorrichtung (9) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsvorrichtung (13) ein Bewegungsgewinde aufweist.
Kupplungsvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lichtleiteraufnahme eine Klemmvorrichtung (40) ausgebildet ist, mit welcher ein in die Lichtleiteraufnahme (12) eingeführter Lichtleiter (7) klemmbar ist.
Kupplungsvorrichtung (9) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (40) durch eine Bewegung der Lichtleiteraufnahme (12) gegen den Lichtaustritt (16) in einen klemmenden Zustand überführbar ist.
Kupplungsvorrichtung (9) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (40) wenigstens einen Klemmbacken (41) aufweist.
Kupplungsvorrichtung (9) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbacken (41) eine Führungsausnehmung (47) aufweist, die an einer vorzugsweise von der Rückstellkraft (F_R) beaufschlagten Kopplungshülse (19) geführt ist.
Kupplungsvorrichtung (9) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wenigstens einen Klemmbacken (41) eine Rolle (46) ausgebildet ist, deren Drehachse längs der Lichtleiteraufnahme (12) ausgerichtet ist.
Kupplungsvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (40) in einem einen eingeführten Lichtleiter (7) klemmenden Zustand eine Kopplung, insbesondere über die oder eine Kopplungshülse (19), zwischen der Lichtleiteraufnahme (12) und einer die Rückstellkraft entwickelnden Rückstellfeder (21) herstellt.
Kupplungsvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem Lichteintritt (16) zugewandten Ende (26) der Lichtleiteraufnahme (12) eine Zentriervorrichtung (28) ausgebildet ist, mit welcher ein eingeführter Lichterleiter (7) auf den Lichteintritt (16) ausrichtbar ist.
Endoskopanordnung (1) mit einem Endoskop (2) und einer Lichtquelle (8) wobei das Endoskop (2) mit der Lichtquelle (8) über einen Lichtleiter (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (8) eine Kupplungsvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
Verfahren zur Ankopplung eines Lichtleiters (7) an einen Lichteintritt (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (7) in eine Lichtleiteraufnahme (12) eingeführt wird, und dass die Lichtleiteraufnahme (12) mit dem eingeführten Lichtleiter (7) gegen eine Rückstellkraft (F_R) auf den Lichteintritt (16) zu bewegt wird, bis eine Haltevorrichtung (11) eine Haltekraft (F_M) entwickelt, die der Rückstellkraft (F_R) entgegengesetzt und betragsmäßig größer als die Rückstellkraft (F_R) ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (7) durch eine Bewegung der Lichtleiteraufnahme (12) gegen eine Rückstellkraft (F_R) auf den Lichteintritt (16) zu in der Lichtleiteraufnahme (12) geklemmt wird und/oder dass eine Kupplungsvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendet wird.