DE102018126389B3

DE102018126389B3 - Elektrische Durchführung und medizinisches Gerät

Info

Publication number: DE102018126389B3
Application number: DE102018126389.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hanselmann; Steffen Paul; Maximilian GÖTZ
Original assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Current assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: US20200144764A1; CN111092303A; US11600944B2; CN111092303B

Abstract

Zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften, der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) als auch zur vereinfachten Herstellung eines medizinischen Instruments (7) wird eine elektrische Durchführung (1) vorgeschlagen, bei der einzelne Kontaktstifte (4), die durch einen Glaskörper (2) in einem Gehäuse (20) des Instruments (7) geführt sind, mittels eines aufsteckbaren Steckelements (5), bevorzugt in Form eines metallischen Blechteils, elektrisch miteinander verbunden sind. Das Steckelement (5) stellt dabei einerseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit als auch elektrische Leitfähigkeit bereit und andererseits eine Abschirmfläche, die das Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung wirksam verhindert. Bevorzugt ist das Steckelement (5) so geformt, dass es selbsttätig eine Haltekraft zu seiner Befestigung an den Kontaktstiften (4) entfaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung für ein medizinisches Gerät, insbesondere ein medizinisches Instrument, mit einem abdichtenden Glaskörper und einer Anordnung von in den Glaskörper eingegossenen und den Glaskörper durchstoßenden elektrischen Kontaktstiften. Die Kontaktstifte können dabei innen- und/oder außenseitig von dem Glaskörper hervorstehen, während der Glaskörper typischerweise den Innenraum des Geräts / Instruments abdichtet, insbesondere hermetisch abdichtet.
Die Erfindung betrifft ferner ein medizinisches Gerät, insbesondere ein medizinisches Instrument oder Endoskop oder Kamerakopf, mit einem eine Wärmequelle aufweisenden und hermetisch abgeschlossenen Innenraum.
Elektrische Durchführungen wie oben beschrieben sind bekannt und werden beispielsweise eingesetzt, um bei medizinischen Instrumenten und Geräten wie oben beschrieben eine Dichtung zu schaffen, die einerseits eine hermetische Abdichtung des Innenraums und gleichzeitig eine zuverlässige elektrische Kontaktierung von Elektronik in dem Innenraum erlaubt und andererseits eine typische Temperaturbeanspruchung beim Autoklavieren überdauert, wie sie für medizinische Geräte gefordert wird. Eine weitere Anforderung bei derartigen Anwendungen ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), die eine entsprechende Schirmung von elektronischen Bauelementen innerhalb des Geräts erfordert.
So offenbart beispielsweise DE 10 2017 119 691 A1 ein Endoskop mit einem abdichtenden Glaskörper mit einer Anordnung von in den Glaskörper eingegossenen und den Glaskörper durchstoßenden elektrischen Steckkontakten, mit Hilfe derer eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Elektronik in einem Innenraum des Endoskops ermöglicht wird.
Ausgehend von diesem technischen Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Durchführung mit verbesserten Gebrauchseigenschaften zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einer elektrischen Durchführung die Merkmale von -Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einer elektrischen Durchführung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass auf wenigstens zwei der Kontaktstifte, welche innen- und/oder außenseitig von dem Glaskörper hervorstehen, ein metallisches Steckelement aufgesteckt und mit den wenigstens zwei Kontaktstiften stoffschlüssig verbunden ist, sodass die wenigstens zwei Kontaktstifte elektrisch miteinander verbunden sind. Die stoffschlüssige Verbindung kann dabei bevorzugt durch Verlöten erzielt sein.
Von Vorteil ist bei einer solchen Ausgestaltung, dass durch die Wahl eines metallischen Steckelements, welches die mindestens zwei Kontaktstifte bevorzugt flächig kontaktiert, eine hervorragende thermische Verbindung zwischen den beiden Kontaktstiften herstellbar ist. Wie noch genauer zu erläutern sein wird, kann dadurch Verlustwärme aus einem Innenraum des Geräts besonders effizient nach außen abgeführt werden. Darüber verbessert eine solches Steckelement erheblich die EMV des Geräts und zwar insbesondere dann, wenn das Steckelement mit einer elektrischen Schirmung eines Anschlusskabels des Geräts elektrisch verbunden ist.
Das Steckelement kann dabei sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite - bezogen auf die Einbausituation der Durchführung - auf jeweilige Kontaktstifte aufgesteckt sein. Die elektrische Durchführung kann somit auch mehrere Steckelemente aufweisen, die innen- und/oder außenseitig auf jeweils zwei Kontaktstifte der Anordnung aufgesteckt und mit den jeweiligen Kontaktstiften stoffschlüssig verbunden sind.
Unter Kontaktstiften können hier elektrische Anschlusspins verstanden werden, mit denen elektrische Leistung und oder Signale durch den Glaskörper hindurch übertragbar sind. Die Kontaktstifte können bevorzugt aus einem elektrisch hervorragend leitenden und korrosionsbeständigem Metall ausgebildet sein und zudem Beschichtungen aufweisen, die ein verbessertes Löten ermöglichen.
Gemäß den Unteransprüchen offenbart die Erfindung weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die der Lösung der eingangs genannten Aufgabe dienen.
So kann das Steckelement, beispielsweise durch entsprechende Formgebung, bevorzugt elastisch ausgebildet sein. Dadurch kann das Steckelement nach dem Aufstecken auf die wenigstens zwei Kontaktstifte eine Vorspannung auf die wenigstens zwei Kontaktstifte ausüben. Dies ist insbesondere für eine einfache Montage sowie zur Erleichterung des Anlötens des Steckelements an die Kontaktstifte von großem Vorteil.
Das Steckelement kann ferner die wenigstens zwei Kontaktstifte axial und/oder radial überragen. Während ein axiales Überragen vorteilhaft für eine einfache elektrische Kontaktierung des Steckelements ist, stellt die radiale Überragung sicher, dass eine effiziente Abschirmung erreicht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Steckelement jeweils entlang eines Umfangsabschnitts an jedem der mindestens zwei Kontaktstifte anliegt. Auf diese Weise kann beispielsweise ein flächiges Kontaktieren erreicht sein, insbesondere dann, wenn sich die stoffschlüssige Verbindung über diesen Umfangsabschnitt erstreckt.
Das Steckelement kann, insbesondere bei einer bandförmigen Ausgestaltung, zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen aufweisen. In diesem Fall ist es besonders günstig, wenn jede der gegenüberliegenden Seitenflächen des Steckelements jeweils wenigstens an einem Kontaktstift der Anordnung, bevorzugt jedoch jeweils an wenigstens zwei Kontaktstiften der Anordnung, anliegt. Dieses Anliegen kann insbesondere in einem flächigen Kontakt resultieren. Somit ist erreichbar, dass das Steckelement zwischen die Kontaktstifte einklemmbar ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Steckelement wenigstens drei Kontaktstifte entlang eines jeweiligen Umfangsabschnitts kontaktiert, wobei die Kontaktstifte entlang eines Verlaufs des Steckelements abwechselnd auf gegenüberliegenden Seitenflächen angeordnet sind.
Um die elektromagnetische Schirmung weiter zu verbessern kann ferner vorgesehen sein, dass das Steckelement mit einer Schirmung eines elektrischen Anschlusskabels verbunden ist. Ferner kann das Steckelement eine Abschirmfläche bereitstellen, die die mindestens zwei Kontaktstifte überdacht.
Eine besonders gute Abschirmung kann ferner dann erzielt werden, wenn die wenigstens zwei Kontaktstifte, auf die das Steckelement aufgesteckt wird, auf äußeren Positionen der Anordnung platziert sind. Denn in diesem Fall kann das Steckelement die Anordnung nach außen abschirmen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die wenigstens zwei Kontaktstifte mit einem größeren, insbesondere mehr als doppelt so großen, Querschnitt ausgebildet sind im Vergleich zu einem Querschnitt von Kontaktstiften der Anordnung auf inneren Positionen.
Denn damit kann einerseits auf engem Raum eine hohe Anzahl an Kontaktstiften untergebracht werden. Andererseits ist ein großer Querschnitt der wenigstens zwei Kontaktstifte vorteilhaft, um eine verlässliche stoffschlüssige Verbindung zu dem Steckelement herzustellen und um eine ausreichende mechanische Stabilität der gesamten Anordnung zu gewährleisten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf beiden Seiten des Glaskörpers auf jeweils mindestens zwei aus dem Glaskörper hervorstehende Kontaktstifte der Anordnung jeweils mindestens ein, vorzugsweise identisches, metallisches Steckelement aufgesteckt und mit den jeweiligen mindestens zwei Kontaktstiften verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem jeweiligen Steckelement und den jeweiligen Kontaktstiften kann dabei stoffschlüssig, beispielsweise durch Verlöten, oder aber durch Kraftschluss erfolgen. Derartige Verbindungen sind vorteilhaft sowohl hinsichtlich der EMV als auch der Abfuhr von Wärme. Hierbei kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Kontaktstifte jeweils äußere Positionen innerhalb der Anordnung auf der Innen- und Außenseite der Durchführung belegen.
Um medizinische Anwendungen zu erschließen, kann die Durchführung aufbereitbar, insbesondere autoklavierbar, ausgestaltet sein.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Steckelement Öffnungen aufweist, sodass hinter dem Steckelement befindliche Kontaktstifte von außen zugänglich sind. Im aufgesteckten Zustand kann somit Lötmittel von radial außen durch die Öffnung in dem Steckelement hindurch an die direkt hinter dem Steckelement befindlichen Kontaktstifte heran geführt werden, um so das Steckelement mit diesen Kontaktstiften verlöten zu können.
Bevorzugt können die Steckelemente dabei so auf die Kontaktstifte aufgebracht werden, dass seitliche freie Bereiche zwischen den Steckelementen bestehen bleiben. Diese seitlichen freien Bereiche ermöglichen es, dass innere Kontaktstifte der Anordnung, die insbesondere dünner als die äußeren Kontaktstifte ausgebildet sein können, durch die freien Bereiche von außen zugänglich bleiben. Dadurch können die inneren Kontaktstifte mit Anschlusskabeln verlötet werden und zwar auch noch nach dem Anlöten der Steckelemente auf die äußeren Kontaktstifte. Damit kann trotz Abschirmung durch das oder die Steckelemente eine einfache Montage der Durchführung gewährleistet werden.
Das Steckelement selbst ist bevorzugt bandförmig und/oder als Biegeteil aus einem Blech gebildet. Es kann ferner formschlüssig an der Anordnung anliegen und/oder formschlüssig an der Anordnung befestigt sein. In bestimmten Ausführungen können mindestens zwei der Kontaktstifte der Anordnung durch das Steckelement geführt sein.
Das Steckelement kann ferner eine Profilierung aufweisen, die die wenigstens zwei Kontaktstifte auf äußeren Positionen der Anordnung radial innen- und/oder außenseitig zumindest abschnittsweise umgreift. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Profilierung zwei weitere Kontaktstifte auf äußeren Positionen der Anordnung ausschließlich radial außen oder aber ausschließlich radial innenseitig umgreift und zwar insbesondere derart, dass die Profilierung aufgrund elastischer Verformung eine Befestigungskraft auf die Kontaktstifte ausübt.
Das Steckelement kann daneben auch längs zu den Kontaktstiften ausgerichtet sein, also insbesondere mit einer flächigen Unter- oder Oberseite an einer Länge der Kontaktstifte anliegen.
Wie zuvor erwähnt können Öffnungen in dem Steckelement vorgesehen sein, die ein Verlöten der Kontaktstifte selbst mit dem Steckelement als auch ein Verlöten von inneren Kontaktstiften mit zum Beispiel Anschlusslitzen des zuvor erwähnten Anschlusskabels nach dem Aufstecken des Steckelements auf die Kontaktstifte ermöglichen. Daneben oder alternativ kann das Steckelement aber auch Durchstecköffnungen zur Aufnahme einzelner der Kontaktstifte der Anordnung aufweisen.
Eine besonders sichere Befestigung des Steckelements auf den Kontaktstiften ist dann erreichbar, wenn das Steckelement wenigstens zwei, bevorzugt jedoch wenigstens drei, der wenigstens zwei Kontaktstifte, zumindest entlang eines jeweiligen Umfangsabschnitts kontaktiert. Diese Kontaktierung kann insbesondere mit unterschiedlichen Seitenflächen des Steckelements geschehen. Beispielsweise kann das Steckelement wenigstens einen, bevorzugt jedoch zwei, Kontaktstifte mit seiner Unterseite und wenigstens einen Kontaktstift mit seiner Oberseite kontaktieren, oder gerade umgekehrt. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn das Steckelement bandförmig ausgestaltet ist, also vorzugsweise breiter und länger ausgestaltet ist, als seine Dicke. Um ein Verrutschen des Steckelements noch vor dem Anlöten zu verhindern ist es zu bevorzugen, wenn der Umfangsabschnitt mindestens 30° umfasst.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird ferner bei einer elektrischen Durchführung der eingangs beschriebenen Art zur Lösung der genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass auf einer in Einbausituation innen liegenden Seite des Glaskörpers ein Kühlkörper mit wenigstens einem der Kontaktstifte elektrisch verbunden ist. Damit kann ein besonders effizienter Wärmetransport innerhalb eines Innenraums des Geräts bis zur Durchführung und durch die Durchführung hindurch nach außen gewährleistet werden, sodass insbesondere kritische technische Vorgaben für Medizinprodukte eingehalten werden können. Auch bei einer solchen Ausgestaltung können alle zuvor erläuterten Merkmale der elektrischen Durchführung realisiert sein.
Ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kühlkörper und dem wenigsten einen Kontaktstift kann insbesondere mittels eines metallischen Steckelements, insbesondere wie zuvor beschrieben, realisiert sein. Diese Steckelement kann dabei also auf mindestens zwei Kontaktstifte der Anordnung innenseitig aufgesteckt und mit diesen beiden Kontaktstiften stoffschlüssig verbunden, also insbesondere verlötet, sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können einzelne der Kontaktstifte mit einer in Einbausituation innenliegenden Leiterplatte elektrisch verbunden sein. Dadurch kann die Leiterplatte einerseits mit elektrischer Spannung und Strom versorgt werden, andererseits können Signale von der Leiterplatte nach außen geführt werden. Hierbei ist es bevorzugt, wenn ein Masseanschluss der Leiterplatte mittels eines der Kontaktstifte der Anordnung nach außen geführt ist, wobei dieser Kontaktstift mit einem oder dem außenseitigen Steckelement elektrisch verbunden und/oder auf einer äußeren Position der Anordnung angeordnet sein kann.
Der Kühlkörper wiederum kann die Leiterplatte zwischen sich aufnehmen. Zu diesem Zweck kann der Kühlkörper mehrteilig, beispielsweise in zwei Teilen, ausgebildet sein, wobei jedes der Teile, bevorzugt mittels eines Steckelements, mit einem der Kontaktstifte elektrisch verbunden sein kann. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn die Teile des Kühlkörpers elektrisch und thermisch miteinander verbunden sind, vorzugsweise über metallische Kontakte.
Ferner kann der zwei- oder mehrteilige Kühlkörper von einer Abschirmung eingehüllt sein, beispielsweise durch Umwicklung mit einem Kupferband. Dadurch kann eine elektromagnetische Schirmung erzielt werden.
Eine bevorzugte Konstruktion sieht vor, dass der Kühlkörper von einem elektrisch isolierenden Rahmen gehalten ist, wobei der Rahmen alternativ oder ergänzend auch von dem Kühlkörper elektrisch isoliert sein kann, beispielsweise durch eine Beschichtung.
Um eine besonders hohen Wärmeabfluss zu ermöglichen, kann der Kühlkörper über auf der Leiterplatte ausgebildete Kontaktflächen mit der Leiterplatte elektrisch und/oder thermisch kontaktiert sein. Der Kühlkörper wiederum kann eine thermische Kontaktfläche aufweisen, die mit einem elektronischen Bauteil der Leiterplatte zumindest thermisch gekoppelt ist, um in dem Bauteil entstehende Wärme abzuführen.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein medizinisches Gerät, insbesondere ein medizinisches Instrument oder Endoskop oder Kamerakopf, vorgeschlagen. Das Gerät, das einen eine Wärmequelle aufweisenden und hermetisch abgeschlossenen Innenraum aufweist ist nun dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Kontakte mittels einer elektrischen Durchführung, wie zuvor beschrieben und/oder nach einem der auf eine elektrische Durchführung gerichteten Ansprüche, von dem Innenraum nach außen geführt sind.
Hierbei kann insbesondere der zuvor erwähnte Kühlkörper und die Leiterplatte in dem Innenraum angeordnet sein. Ferner kann die Wärmequelle beispielsweise ein, vorzugsweise bildaufbereitendes, FPGA sein. Damit ist insbesondere eine Ausgestaltung eines Kamerakopfes oder Endoskops beschrieben, das aufgrund der Nähe von Elektronik zum Bildsensor eine hervorragende Signalqualität liefert, anderseits elektrisch gut abgeschirmt ist und zudem zu keiner unzulässigen Erwärmung von menschlichem Gewebe führt, wenn das Endoskop oder Kamerakopf im Innern des menschlichen Körpers bei chirurgischen Eingriffen eingesetzt wird.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Ansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen des jeweiligen Ausführungsbeispiels. Insbesondere können somit Ausbildungen der Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der allgemeinen Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen gewonnen werden.
Es zeigt:

1 eine schematisierte Seitenansicht mit teilweisem Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Instrument, das eine erfindungsgemäß ausgestaltete elektrische Durchführung aufweist,
2 eine Detailansicht (gestrichelt in 1) der Durchführung aus 1,
3 eine realistische perspektivische Sicht auf die Außenseite des Glaskörpers mit eingesetzten Kontaktierungsstiften der Durchführung aus 1 vor dem Aufstecken von erfindungsgemäßen Steckelementen,
4 eine Ansicht auf die Außenseite des Glaskörpers aus 3, nach dem Aufstecken der Steckelemente,
5 die elektrische Durchführung aus 4, allerdings von der Innenseite des Glaskörpers her betrachtet,
6 eine Frontalansicht auf eine erfindungsgemäße elektrische Durchführung mit zwei aufgesteckten Steckelementen,
7 eine Frontalansicht auf eine weitere erfindungsgemäße elektrische Durchführung mit zwei aufgesteckten Steckelementen,
8 bis 10, sowie 12 Frontalansichten auf Kontaktierungsstifte, die unterschiedliche Möglichkeiten aufzeigen, erfindungsgemäße Steckelemente auf Kontaktierungsstifte aufzustecken
11 eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Steckelement, das auf zwei Kontaktierungsstifte aufgesteckt ist
13 ein erfindungsgemäßes Steckelement, und
14 ein erfindungsgemäßes Steckelement, nach dem Aufstecken auf drei Kontaktierungsstifte.

Bei der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung erhalten in ihrer Funktion übereinstimmende Elemente auch bei abweichender Gestaltung oder Formgebung übereinstimmende Bezugszahlen.
Die 1 zeigt eine im Ganzen mit 1 bezeichnete elektrische Durchführung mittels der eine Leiterplatte 12 in einem Innenraum 19 eines medizinischen Instruments 7 elektrisch mit einem Anschlusskabel 6 verbunden ist. Die Durchführung 1 dient somit dazu, elektrische Kontakte 23 auf der Leiterplatte 12 von dem Innenraum 19 nach außen zu führen. Zu diesem Zweck weist die Durchführung 1 eine symmetrische Anordnung 3 von Kontaktstiften 4 auf, wobei einzelne der Kontaktstifte 4 innenseitig mit der Leiterplatte 12 und außenseitig mit jeweiligen Anschlusslitzen des Anschlusskabels 6 verbunden sind.
Die Kontaktstifte 4 sind in einer festgelegten Anordnung 3 in einen Glaskörper 2 eingegossen, der seinerseits hermetisch Dicht in eine Fassung 15 eines Gehäuses 20 des Instruments 7 eingesetzt ist. Wie anhand der 2 gut zu erkennen, ragen alle Kontaktierungsstifte 4 der Anordnung 3 sowohl innen- als auch außenseitig aus dem Glaskörper 2 hervor, wobei die Kontaktstifte 4 einheitlich lang ausgebildet sind und auf beiden Seiten des Glaskörpers 2 einheitlich lang hervorragen.
Wie aus der Zusammenschau der 1 bis 4 ersichtlich, ist ein metallisches Steckelement 5 in Form eines gebogenen Blechstücks auf zwei der Kontaktstifte 4 der Anordnung auf der Außenseite des Glaskörpers 2 aufgesteckt. Um das Steckelement 5 mit den beiden (in 3 ganz oben angeordneten) Kontaktstiften 4 stoffschlüssig zu verbinden, ist das Steckelement 5 mit diesen beiden Kontaktstiften 4 nach dem Aufstecken verlötet worden. Hierzu ist jeweils eine Öffnung 9 vorgesehen (Vgl. 4), sodass von außen Lötmittel durch die Öffnung 9 hindurch bis an den jeweiligen Kontaktstift 4 heran geführt werden kann. Die Öffnungen 9 dienen somit der Verlötung der Kontaktstifte 4 mit dem Steckelement 5, wobei durch den Zugang von außen her beim Verlöten eine Beschädigung der dünneren innenliegenden Kontaktstifte 4 der Anordnung 3 vermieden werden kann. Die dünneren innenliegenden Kontaktstifte 4 der Anordnung 3 sind ihrerseits über die seitlichen freien Bereiche zwischen den Steckelementen 5 zugänglich.
Daneben ist ein baugleiches zweites Steckelement 5 auf der Außenseite vorgesehen, welches analog zu dem ersten oberen Steckelement 5 auf zwei Kontaktstifte 4 auf äußeren Positionen der Anordnung 3 aufgesteckt und mit diesen verlötet ist. Das zweite Steckelement 5 und das erste Steckelement 5 sind dabei symmetrisch in Bezug auf die Anordnung 3 angeordnet.
Wie die 4 zeigt, überragt jedes der beiden äußeren Steckelemente 5 die Kontaktstifte axial. Dabei sind die jeweiligen Enden der beiden Steckelemente 5 auf der Außenseite jeweils mit einer Schirmung 21 des Anschlusskabels 6 elektrisch verbunden, wodurch sich eine hervorragende Abschirmung ergibt. Dadurch, dass die beiden Steckelemente 5 jeweils auf der Außenseite der jeweiligen Kontaktstifte 4 aufliegen, überragen sie diese auch radial.
Zumindest einfach vorstellbar anhand der 4 ist, dass das Steckelement 5 so elastisch ist, dass es in der aufgesteckten Position eine Vorspannung auf die kontaktierten Kontaktstifte 4 ausübt. Im Ergebnis entsteht eine Haltekraft, sodass das Steckelement selbsthaltend an der Anordnung, noch vor dem Verlöten, befestigbar ist. Hierzu weist das in 4 gezeigte Steckelement 5 zu seinen beiden Enden einen elastischen Flügel auf, der gegen eine Rückstellkraft auslenkbar ist. Die Form des Steckelements 5 in der aufgesteckten Position, wie in 4 gezeigt, weicht somit von einer Ruheform ab, die das Steckelement 5 aufweist, wenn keine äußeren Kräfte einwirken.
Die Elastizität des Steckelement 5 beruht dabei im Wesentlichen auf seiner Bandform. Gerade in 4 ist gut zu erkennen, dass das Steckelement länger und breiter ist, als die Materialstärke des Blechs, aus dem es gefertigt ist.
Wie anhand der 4 zu erkennen, ist das obere Steckelement 5 auf der Außenseite auf insgesamt vier Kontaktstifte 4 aufgesteckt, die allesamt mit größerem Querschnitt als die sieben Kontaktstifte 4 ausgebildet sind, die im Innern der Anordnung 3 angeordnet sind (Vgl. 3); der Querschnitt der acht äußeren Kontaktstifte 4 der Anordnung 3 beträgt dabei mehr als das Doppelte des Querschnitts der sieben inneren Kontaktstifte 4 der Anordnung 3.
Wie in 4 zu sehen, liegt das äußere obere Steckelement 5 an zwei der vier Kontaktstifte 4 radial außenseitig an, während es an den beiden übrigen der vier Kontaktstifte 4 radial innen anliegt. Hierbei entspricht der Radius dem des kreisscheibenförmig ausgestalteten Glaskörpers 2. Aufgrund der Formgebung des Steckelements 5 besteht zudem ein Formschluss mit einem jeweiligen Umfangsabschnitt des jeweiligen Kontaktstifts 4.
Die Profilierung 10 des Steckelements 5 sorgt ferner dafür, dass das Steckelement 5, wie in 4 gut zu erkennen, die beiden inneren der vier Kontaktstifte 4 radial außenseitig und die beiden äußeren der vier Kontaktstifte 4 radial innenseitig umgreift.
Weitere mögliche Ausgestaltung von erfindungsgemäßen Durchführungen 1 zeigen die 6 und 7. Hier sind ebenfalls jeweils acht Kontaktstifte 4 auf äußeren Positionen der Anordnung 3 angeordnet, während in der Mitte der Anordnung 3 jeweils eine Vielzahl von Kontaktstiften 4 mit vergleichsweise kleinerem Querschnitt angeordnet ist.
Bei beiden in den 6 und 7 gezeigten Ausgestaltungen des Steckelements 5 umgreift dieses jeweils zwei Kontaktstifte 4 auf äußeren Positionen lediglich außenseitig, während zwei weitere Kontaktstifte 4 auf äußeren Positionen, nämlich die beiden Kontaktstifte 4, die von den jeweiligen Enden des Steckelements 5 umfasst werden, jeweils sowohl radial innenals auch radial außenseitig von dem Steckelement 5 umgriffen sind. Derartige Ausgestaltungen resultieren in einer besonders sicheren Befestigung des Steckelements 5 auf den jeweiligen Kontaktstiften 4. Auch die 8 bis 10 zeigen solche Formgestaltungen von Steckelementen 5, während 12 eine einfachere Variante zeigt, bei der das Steckelement 5 nur zwei Kontaktierungsstifte 4 umgreift.
Aus den Ausführungsbeispielen gemäß 6 und 7 ist ersichtlich, dass das Steckelement 5 die Kontaktstifte 4 jeweils entlang eines Umfangsabschnitts berührt. In diesen Umfangsabschnitten ist die stoffschlüssige Verbindung ausgebildet. Es ist ersichtlich, dass zwei der Kontaktstifte 4 beispielsweise die äußeren beiden Kontaktstifte, an einer Seitenfläche des bandförmigen Steckelements 5 anliegen, während die anderen zwei Kontaktstifte 4, insbesondere die inneren oder innenliegenden Kontaktstifte 4, an der gegenüberliegenden Seitenfläche des Steckelements 5 anliegen.
In 6 erkennt man darüber hinaus, dass das obere als auch das untere Steckelement 5 jeweils vier Kontaktstifte 4 jeweils entlang eines jeweiligen Umfangsabschnitts kontaktiert. Dieser beträgt für die beiden innen in Bezug auf die Enden des Steckelements 5 angeordneten Kontaktstifte 4 ca. 20° während für die beiden Kontaktstifte 4, die von den Enden des Steckelements 5 umgriffen werden der kontaktierte Umfangsabschnitt mehr als 180° beträgt.
13 illustriert eine weitere mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Steckelements 5 mit Durchstecköffnungen 17, die, wie in 14 gezeigt, zur Aufnahme von Kontaktstiften 4 der Durchführung 1 vorgesehen sind. Bei einer solchen Ausgestaltung wird das Steckelement somit durch Aufschieben auf die Kontaktstifte 4 auf selbige aufgesteckt.
Wie die 5 zeigt, weist die Durchführung 1 zwei weitere innenseitige Steckelemente 5 auf, die untereinander identisch jedoch in Ihrer Form abweichend von den beiden außenseitigen Steckelementen 5 ausgebildet sind. Jedoch sind auch die innenseitigen Steckelemente 5 auf jeweils mindestens 2 Kontaktstifte axial aufgesteckt und mit diesen verlötet.
Es ist ferner erkennbar, dass die beiden innenseitigen und die beiden außenseitigen Steckelemente 5 auf jeweils identischen Kontaktstiften 4 der Anordnung 3 aufgesteckt sind, sodass sich eine korrespondierende Anordnung zwischen der Innen- und der Außenseite der Durchführung 1 ergibt. Mit anderen Worten ist somit jeweils ein außenseitiges Steckelement 5 mit einem korrespondierenden innenseitigen Steckelement 5 über jeweilige Kontaktstifte 4 elektrisch kurzgeschlossen.
Folgt man beispielsweise in 5 der jeweiligen Längsform der Steckelemente 5, so erkennt man, dass jedes einzelne der vier Steckelemente 5 der Durchführung 1 in Längsrichtung der Kontaktstifte 4 ausgerichtet ist.
In 1 ist auch ein Kühlkörper 11 dargestellt. Dieser ist mittels eines innenliegenden Steckelements 5 mit einem der Kontaktstifte 4 der Durchführung 1 elektrisch und damit auch thermisch verbunden. Wie in 2 zu erkennen ist, ist der Kühlkörper 11 somit auch mit einem außenliegenden Steckelement 5 thermisch verbunden.
Dadurch, dass diese beiden oberen Steckelemente 5 (in 2) mit mehreren der Kontaktstifte 4 verbunden sind, wird es möglich Wärme effizient durch die Durchführung 1 nach außen zu transportieren, die von einem FPGA als Wärmequelle 18 auf der Leiterplatte 12 erzeugt und von dem Kühlkörper 11 aufgenommen wird. Zu diesem Zweck weisen die innenseitigen Steckelemente 5 flächig ausgebildete Kontaktierungsstellen 22 auf, die eine gute thermische Ankopplung an den Kühlkörper 11 ermöglichen.
Der Kühlkörper 11 besteht dabei aus zwei Teilen 14a und 14b, wobei die Leiterplatte 12, wie in der Detailansicht der 2 zu erkennen, zwischen den beiden Teilen platziert ist, sodass der Kühlkörper 11 die Leiterplatte 12 zwischen sich aufnimmt und daher allseitig Wärme von der Leiterplatte 12 aufnimmt. Die beiden Teile 14a und 14b sind zudem elektrisch kurzgeschlossen, um so eine verbesserte Wärmeleitung auch innerhalb des Kühlkörpers 11 zu ermöglichen.
Nicht gezeigt in den Figuren ist hingegen, dass der Kühlkörper 11 eine thermische Kontaktfläche aufweist, die mit einem FPGA als Wärmequelle 18 auf der Leiterplatte 12 thermisch kontaktiert ist, um die in dem FPGA entstehende Wärme unmittelbar und mit geringem thermischem Widerstand abführen zu können.
Zusammenfassend wird zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften und der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) als auch zur vereinfachten Herstellung eines medizinischen Instruments 7 eine elektrische Durchführung 1 vorgeschlagen, bei der einzelne Kontaktstifte 4, die durch einen Glaskörper 2 in einem Gehäuse 20 des Instruments 7 geführt sind, mittels eines aufsteckbaren Steckelements 5, bevorzugt in Form eines metallischen Blechteils, elektrisch miteinander verbunden sind. Das Steckelement 5 stellt dabei einerseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit als auch elektrische Leitfähigkeit bereit und andererseits eine Abschirmfläche, die das Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung wirksam verhindert. Bevorzugt ist das Steckelement 5 so geformt, dass es selbsttätig eine Haltekraft zu seiner Befestigung an den Kontaktstiften 4 entfaltet.
Bezugszeichenliste

1: Elektrische Durchführung
2: Glaskörper
3: Anordnung
4: Kontaktstift
5: Steckelement
6: Anschlusskabel
7: medizinisches Instrument
8: äußere Position (von 3)
9: Öffnung (von 5)
10: Profilierung (von 5)
11: Kühlkörper
12: Leiterplatte
13: Massenanschluss (von 12)
14a: (Ober-)Teil (von 11)
14b: (Unter-)Teil (von 11)
15: Fassung (von 2)
16: innere Position (von 3)
17: Durchstecköffnungen (für 4 in 5)
18: Wärmequelle
19: Innenraum (von 7)
20: hermetisches Gehäuse (von 7)
21: Schirmung (von 6)
22: Kontaktierungsstelle (an 5 für 11)
23: Elektrische Kontakte

Claims

Elektrische Durchführung (1) für ein medizinisches Gerät, insbesondere ein medizinisches Instrument (7), mit einem abdichtenden Glaskörper (2) und einer Anordnung (3) von in den Glaskörper (2) eingegossenen und den Glaskörper (2) durchstoßenden elektrischen Kontaktstiften (4), dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens zwei der Kontaktstifte (4), welche innen- und/oder außenseitig von dem Glaskörper (2) hervorstehen, ein metallisches Steckelement (5) aufgesteckt und mit den wenigstens zwei Kontaktstiften (4) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet, ist, sodass die wenigstens zwei Kontaktstifte (4) elektrisch miteinander verbunden sind.
Elektrische Durchführung (1) nach Anspruch 1, wobei das Steckelement (5) derart elastisch ausgebildet ist, dass es nach dem Aufstecken auf die wenigstens zwei Kontaktstifte (4) eine Vorspannung auf die wenigstens zwei Kontaktstifte (4) ausübt.
Elektrische Durchführung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steckelement (5) mit einer Schirmung (21) eines elektrischen Anschlusskabels (6) verbunden ist.
Elektrische Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf beiden Seiten des Glaskörpers (2) auf jeweils mindestens zwei aus dem Glaskörper (2) hervorstehende Kontaktstifte (4) der Anordnung (3) jeweils ein, vorzugsweise identisches, metallisches Steckelement (5) aufgesteckt und mit den jeweiligen mindestens zwei Kontaktstiften (4) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet, ist.
Elektrische Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steckelement (5) bandförmig gebildet ist.
Elektrische Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Öffnungen (9) in dem Steckelement (5) vorgesehen sind, die ein Verlöten der Kontaktstifte (4) nach dem Aufstecken des Steckelements (5) auf selbige ermöglichen.
Elektrische Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steckelement (5) wenigstens zwei der wenigstens zwei Kontaktstifte (4), zumindest entlang eines jeweiligen Umfangsabschnitts, kontaktiert.
Elektrische Durchführung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei auf einer in Einbausituation innen liegenden Seite des Glaskörpers (2) ein Kühlkörper (11) mit wenigstens einem der Kontaktstifte (4) elektrisch verbunden ist.
Elektrische Durchführung (1) nach Anspruch 8, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kühlkörper (11) und dem wenigsten einen Kontaktstift (4) mittels eines oder des metallischen Steckelements (5) realisiert ist, welches auf zwei Kontaktstifte (4) der Anordnung (3) innenseitig aufgesteckt und mit diesen beiden Kontaktstiften (4) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet, ist.
Elektrische Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einzelne der Kontaktstifte (4) mit einer in Einbausituation innenliegenden Leiterplatte (12) elektrisch verbunden sind, vorzugsweise wobei ein Masseanschluss (13) der Leiterplatte (12) mittels eines der Kontaktstifte (4) der Anordnung (3) nach außen geführt ist.
Elektrische Durchführung (1) nach Anspruch 10 in Verbindung mit einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Kühlkörper (11) die Leiterplatte (12) zwischen sich aufnimmt, insbesondere wobei der Kühlkörper (11) in mehreren, insbesondere zwei, Teilen (14a, 14b) ausgebildet ist und jedes der Teile (14a, 14b), bevorzugt mittels eines Steckelements (5), mit einem der Kontaktstifte (4) elektrisch verbunden ist.
Elektrische Durchführung (1) nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 11, wobei der Kühlkörper (11) von einem elektrisch isolierenden und/oder elektrisch von dem Kühlkörper isolierten Rahmen gehalten ist.
Medizinisches Gerät mit einem eine Wärmequelle (18) aufweisenden und hermetisch abgeschlossenen Innenraum (19), wobei elektrische Kontakte (23) mittels einer elektrischen Durchführung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 von dem Innenraum (19) nach außen geführt sind.