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Endoskop Die Erfindung betrifft ein Endoskop, das an einem Ende eines
Sondenteiles ein Bedienteil mit einem Okular sowie ggfs.
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einen Anschluß für eine Lichtquelle und am anderen Ende ein Objektiv
aufweist, wobei das objektivseitige Ende vorzugsweise über Züge vom Bedienteil aus
mittels eines Gelenkabschnittes abwinkelbar ist.
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Solche Endoskope können in starrer oder flexibler Ausführung zur Inspektion
von nicht direkt einsehbaren Hohlräumen im technischen oder medizinischen Bereich
eingesetzt werden.
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Flexible Endoskope weisen einen flexiblen Bildleiter und in der Regel
auch einen flexiblen Lichtleiter auf, die von einer äußeren Umhüllung umgeben sind.
Diese besteht üblicherweise aus einem flexiblen Metallschlauch, ggfs. mit einer
äußeren Umhüllung aus Metallgewebe, PVC oder Silikon. Außerdem können noch zum Absaugen
oder Zuführen von Flüssigkeiten und/oder Gasen, zur Probenentnahme mittels Hilfsinstrumenten
und dergleichen, Röhrchen in der Umhüllung vorgesehen sein.
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Für eine Betrachtung und auch für Manipulationen in unterschiedlichen
Richtungen sind Endoskope bekannt, deren objektivseitiges Ende beweglich bzw. abwinkelbar
ausgebildet ist, wobei diese Bewegung vom Betrachtungsende her mittels Zügen steuerbar
ist. Eine bereits bekannte Ausführungsform sieht
dazu in einem Gelenkabschnitt
in axialer Richtung nebeneinander mit Abstand angeordnete Ringhülsen vor, die an
radial gegenüberliegenden Seiten innen durch parallel zur Längsachse jeweils verlaufende
und mit den Ringhülsen jeweils verlötete, dünne Federn miteinander verbunden sind.
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Zum Führen der Züge sind gegenüberliegend innerhalb der Ringabschnitte
außerdem Führungshülsen eingelötet. Bei der vorbeschriebenen Anordnung ist eine
Zweifachabwinklung, also eine Bewegung in einer Ebene möglich. Bei einer vorgesehenen
Bewegbarkeit in mehreren Ebenen ist ein entsprechend vielfacher Aufwand vorhanden.
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Nachteilig ist dabei insbesondere auch, daß unterhalb einer bestimmten
Baugröße der Endoskopsonde mit Hüllendurchmessern von z.B. 5 mm Probleme durch die
dann sehr beengten Platzverhältnisse auftreten. Auch besteht dann erhöht die Gefahr,
daß durch die beengten Platzverhältnisse Scheuerstellen zwischen Zügen und Fasern
auftreten können, so daß Funktionsstörungen nicht auszuschließen sind. Weiterhin
ist problematisch, daß die Zugfestigkeit des Gelenkabschnittes durch die Verbindung
der einzelnen Glieder mittels dünner Federn sehr gering ist.Dabei wira vor allem
der ggfs. beim Herausaienen der Sonde auftretende Zug auf die Bowdenzüge übertragen,
die aber wegen der beengten Platzverhältnisse auch entsprecnend dünn ausgebildet
sind, so daß beim Herausziehen des Endoskopes diese Züge reißen können. Eine Reparatur
ist dann nicht oder nur schwierig möglich. Zur Entlastung der Bowdenzüge hat man
deshalb auch schon außen eine entsprechend stabile Umhüllung z. B. aus Drahtgewebe
vorgesehen, die aber nur bedingt Abhilfe schaffen kann, da sie selbst auch etwas
gestaucht und gezogen werden kann, so daß doch wieder die Züge im Inneren belastet
werden. Außerdem nimmt mit zunehmender Stabilität dieser Außenumhüllung die Schwergängigkeit
beim Abwinkeln des Endoskopendes in unerwünschter Weise zu.
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Durch die Federverbindung im Inneren der Ringabschnitte ist auch nur
eine geringe Torsionsstabilität vorhanden, so daß
beim Manipulieren
mit diesen Endoskopen unerwünschte Verdrehungen beim Positionieren auftreten können.
Dabei besteht auch eine erhöhte Beschädigungsgefahr der Lötstellen und auch der
Züge, wobei eine abgerissene Lötstelle zu unsauberen Abwinklungen oder auch zu Blockierungen
führen kann.
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Durch die Federverbindung der einzelnen Glieder im Bereich des Gelenkabschnittes
können sich beim Manipulieren auch ungewollte Zwischenstellungen ergeben, da sich
die Bewegungen zum Teil überlagern können. Durch die vorhandene Nachgiebigkeit des
Gelenkabschnittes in Längsrichtung kann das Endoskop zum Einführen insgesamt praktisch
nicht versteift werden. Außerdem tritt bei einer erwünschten Abwinklung bei Betätigung
der Züge zunächst ein Stauchen des Gelenkabschnittes auf, bevor eine Auslenkung
erfolgt. Dies verschlechtert wesentlich die Feinfühligkeit" beim Manipulieren. Ein
weiterer Nachteil besteht darin, daß ein Endoskop mit einem Gelenkabschnitt und
sich daran anschließenden Fortsetzungen praktisch nicht realisierbar ist, da durch
die Labilität der Zwischenglieder ein genaues Positionieren der sich daran anschließenden
Fortsetzung praktisch nicht mehr möglich ist.
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Bei einem starren Endoskop schließt sich der abwinkelbare Gelenkabschnitt
am objektivseitigen Ende an einen starren Sondenabschnitt an.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile
weitestgehend zu vermeiden und dabei insbesondere auch eine höhere Betriebssicherheit
zu erreichen. Auch soll der Anwendungsbereich erheblich erweitert sein. Insbesondere
soll bedarfsweise auch ein gezieltes Verformen über die gesamte Länge des Endoskopes
zum Beispiel für komplizierte Zuführwege zu einer oder mehreren Inspektionsstellen
möglich sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen,
daß im Gelenkabschnitt wenigstens ein bezüglich
der Längserstreckung
des Gelenkabschnittes torsionsstabiles, im wesentlichen im Wandungsbereich befindliches,
scharnierartiges Schwenkgelenk vorgesehen ist.
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Dadurch ist u.a. eine exakte Positionierübertragung möglich,da durch
Verwendung von Schwenkgelenken unerwünschte Verdrehunoen od.Verwindungen und Längenänderungen
im Bereich des Gelenkabschnittes vermieden werden. Außerdem bleibt der lichte Innenquerschnitt
der Sondenhülle weitgehend frei zur Aufnahme der vorgesehenen Einbauteile.
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Dadurch ergeben sich günstigere Platzverhältnisse die auch den Bau
sehr dünner Endoskopsonden ermöglichen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, daß der Gelenkabschnitt etwa hülsenförmige
Gelenkglieder mit an ihren Enden, insbesondere im Außenumfangsbereich befindlichen,
gabelförmigen Schwenkgelenk-Anschlußstellen aufweist, die vorzugsweise durch etwa
flanschartige, axial orientierte, diametral gegenüberliegende Vorsprünge gebildet
sind, die jeweils Vorsprünge benachbarter Gelenkglieder zum Teil überdecken und
daß im Überdeckungsbereich jeweils eine Gelenkverbindung mit einer Achse od.dergleichen
vorgesehen ist.
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Dadurch ist bei guter Herstellbarkeit des oder der Gelenkglieder auch
der für eine Verschwenkbewegung erforderliche seitliche Freiraum vorhanden und außerdem
ergibt sich bei dieser Konstruktion bei leichtgängiger Verschwenkbarkeit eine stabile
Verbindung.
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Zweckmäßigerweise ist die Achse durch eine vorzugsweise einstückige
Anformung an einem Flanschvorsprung gebildet, die in eine Gegenlochung eines Flanschvorsprunges
eines benachbarten Gelenkgliedes oder dergleichen eingreift. Dadurch kann die Montage
eines Gelenkabschnittes wesentlich vereinfacht werden. Zweckmäßigerweise weisen
dabei die Gelenkglieder an einem Ende Flanschvorsprünge mit nietartigen Achsanformungen
und am anderen Ende Flanschvorsprünge mit Löchern zur Aufnahme dieser Nietanformungen
auf. Beider Montage des Gelenkabschnittes können hierbei die Gelenkglieder zusammengesteckt
und
durch Vernieten der Achsanformungen sicher miteinander verbunden werden. Vorteilhaft
ist dabei auch, daß jeweils gleiche Gelenkglieder . verwendet werden können.
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Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Achsen der Schwenkgelenke
eines Gelenkgliedes etwa parallel verlaufen. Damit können Gelenkabschnitte für eine
Zweifachabwinklung in einer Bewegungsebene gebildet werden.
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Nach einer anderen Ausführungsform können die Achsen der Schwenkgelenke
eines Gelenkgliedes in Umfangsrichtung zueinander verdreht, z.B. um 900 zueinander
versetzt angeordnet sein. Dadurch besteht die Möglichkeit, Gelenkabschnitte mit
Mehrfachabwinklungen zu bilden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Gelenkglieder
seitliche, vorzugsweise innenliegende Führungen für die Betätigungszüge aufweisen,
die vorzugsweise jeweils durch ins Innere des Gelenkgliedes hineinragende, seitlich
durchbrochene Einformungen der Hülsenwand gebildet sind. Die Herstellung der einzelnen
Gelenkglieder und auch die Montage sind dadurch erheblich vereinfacht.
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Vorteilhafterweise können im Verlauf des Sondenteiles oder dergleichen
mehrere, unabhängig voneinander betätigbare Gelenkabschnitte vorgesehen sein. Dadurch
ist gut auch eine Anpassung ein komplizierte Zuführwege zu Inspektionsstellen möglich.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen
aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand
von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt zum Teil stärker schematisiert: Fig. 1 eine Seitenansicht
eines Endoskopes mit mehreren Gelenkabschnitten,
Fig. 2 eine halbseitig
im Schnitt gehaltene Seitenansicht von miteinander verbundenen Gelenkgliedern, Fig.
3 eine Aufsicht des in Fig. 2 gezeigten Gelenkabschnittes,ebenfalls halbseitig im
Schnitt dargestellt, Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung gemäß der Schnittlinie
IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung ähnlich Fig. 4, jedoch mit
einem Führungseinsatz, Fig. 6 einen Gelenkabschnitt mit Gelenkgliedern, deren Schwenkachsen
in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, Fig. 7 ein zweifach abwinkelbares
Endoskopende, Fig. 8 ein vierfach abwinkelbares Endoskopende, Fig. 9 ein Endoskop
mit mehreren im Verlauf seines Sondenteiles angeordneten Gelenkabschnitten und Fig.
10 ein Anwendungsbeispiel für ein Endoskop mit mehreren, unabhängig voneinander
betätigbaren Gelenkabschnitten.
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Ein Endoskop 1 (Fig. 1) weist ein mit einem Okular 3 versehenes Bedienteil
2 auf, an das sich ein starres oder flexibles Sondenteil 4 anschließen kann.Am anderen
runde des Endoskopes befindet sich ein strichliniert angedeutetes Objektiv 5, das
über einen hier nicht daroestellten 3ildleiter.mit dem Okular in Verbindung steht.
Im Ausführungsbeispiel ist der Sondenteil 4 aus Platzgründen verkürzt dargestellt.
An den Sondenteil 4 kann sich ein abwinkelbarer Abschnitt 6 mit einem oder mehreren
Gelenkabschnitten 7
anschließen. In besonderen Anwendungsfällen
kann sich der abwinkelbare Abschnitt 6 auch direkt an das Bedienteil 2 anschließen.
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Die Gelenkabschnitte 7 sind über Bow.denzügen 8 vom Bedienteil 2 aus
mittels Drehknöpfen 9 verschwenkbar. Die Sw denzüge 8 greifen jeweils am Endglied
eines zu verstellenden Gelenkabschnittes 7 bei Befestigungsstellen 10 an.
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Der oder die Gelenkabschnitte 7 sind im wesentlichen durch einzelne
Gelenkglieder 11 gebildet, die mittels etwa scharnierartiger Schwenkgelenke 12 miteinander
verbunden sind. Durch diese Schwenkgelenke 12 ist in erwünschter Weise nur eine
Bewegungsrichtung im jeweiligen Gelenk-Verbindungsbereich vorhanden, so daß unerwünschte
Torsions- oder Streckbewegungen innerhalb des Gelenkabschnittes 7 vermieden werden.
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Die Figuren 2 bis 4 lassen gut den Aufbau der einzelnen Gelenkglieder
11 erkennen. Diese sind etwa hülsenförmig ausgebildet und weisen an ihren Enden
gabelförmige Schwenkgelenk-Anschlußstellen 13 auf, die durch etwa flanschartige,
axial orientierte und diametral gegenüberliegende Vorsprünge 14 gebildet sind.
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Diese gabelförmigen Vorsprünge 14 benachbarter Gelenkglieder 11 überdecken
sich bereichsweise und sind mittels Achsen 15 drehbar miteinander verbunden. Im
Ausführungsbeispiel sind die Achsen 15 durch einstückige, nietartige Anformungen
an dem Flanschvorsprung 14 gebildet, die in entsprechende Gegenlochungen 16 eines
benachbarten Gelenkglied-Vorsprungen 14 eingreifen.
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Die nietartigen Achsvorsprünge 15 können in Abwandlung von der in
Fig. 2 gezeigten Ausführungsform auch nach innen weisen; bevorzugt ist jedoch die
dargestellte Ausführungsform mit nach außen weisenden Nietanformungen wegen der
günstigeren Zugänglichkeit beim Vernieten vorgesehen. In den Figuren 2 und 4 ist
auch gut erkennbar, daß die gabelförmigen Vorsprünge 14 der einzelnen Gelenkglieder
11 etwas nach innen eingezogen sind, so daß entsprechend Platz für einen Nietkopf
vorhanden ist, der dadurch nicht über dendußeren Umriß der Gelenkglieder 11 vorsteht.
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Die dargestellten Gelenkglieder 11 weisen an einem Ende Vorsprünge
14 mit nietartigen Achsanformungen 15 und am anderen Ende Vorsprünge 14 mit entsprechenden
Löchern 16 auf, so daß für einen Gelenkabschnitt 7 mit mehreren Gelenkgliedern 11
gleich ausgebildete Gelenkglieder 11 verwendet werden können.
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Gemäß Fig. 2 und 3 sind die Achsen der Schwenkgelenke 12 eines Gelenkgliedes
11 etwa parallel zueinander angeordnet.
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Dadurch können Gelenkabschnitte 7 mit Zweifachabwinklungen gebildet
werden, wie dies auch in den Figuren 1, 7, 9 und 10 gezeigt ist.
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Darüber hinaus besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Achsen der
Schwenkgelenke 12 eines Gelenkgliedes 11 in Umfangsrichtung zueinander verdreht
angeordnet sind. In Fig. 6 ist dazu ein Gelenkabschnitt 7 gezeigt, bei dem die Schwenkgelenkachsen
12 der einzelnenGelenkglieder 11 abwechselnd jeweils um 900 zueinander versetzt
sind. Die Enden eines solchen Gelenkabschnittes können dementsprechend vierfach
abgewinkelt werden. In Fig. 8 ist ein Endoskopende für eine Vierfach-Abwinklung
gezeigt, wobei die eine Schwenkebene durch die Doppelpfeile Pf 1 bei den dafür vorgesehenen
Gelenken und die um 900 dazu versetzte Schwenkebene durch die Doppelpfeile Pf 2
bei den anderen Gelenken gekennzeichnet sind. Die Betätigung erfolgt über vier hier
nicht gezeigte Züge.
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Zur Betätigung der einzelnen Gelenkabschnitte 7 dienen die schon in
Verbindung mit Fig. 1 erwähnten Bowdenzüge 8. Diese sind jeweils bei den einzelnen
Gelenkgliedern 11 innenseitig geführt.
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Dazu dienen Einformungen 17 der Hülsenwand 18 der Gelenkglieder 11,
die seitlich durch quer zurtängserstreckung der Gelenkglieder 11 verlaufende Schlitze
begrenzt sind. Der dazwischen befindliche Steg bildet die etwas nach innen eingedrückte
Einformung 17, zwischen der und der Innenseite der Hülsenwand 18 der Bowdenzug 8
geführt ist. Für mehrere Gelenkabschnitte 7 kann auch eine entsprechende Anzahl
von Bowdenzügen parallel geführt werden. Die einstückig angeformte Führungs-Einforinung
17 läßt sich bei der Herstellung des Gelenkgliedes 11 gleich miteinbringen, so daß
beim Endzusammenbau schwierige Montagearbeiten vermieden werden können. Ggfs. können
in besonderen Fällen bei den Einformungen 17 auch noch Führungs-Röhrchen für die
Bowdenzüge vorgesehen s'ein.
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Fig. 5 zeigt noch eine abgewandelte Ausführungsform zur Bildung von
Führungskanälen 19 für die Bowdenzüge 8. In diesem Ausführungsbeispiel ist in das
Gelenkglied 11 ein Einsatzröhrchen 20 vorzugsweise eingepreßt, das längsverlaufende
Nuteinformungen 17a aufweist.
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Die Figuren 9 und 10 zeigen Endoskopsonden mit mehreren Gelenkabschnitten
7, die unabhängig voneinander betätigbar sind und so die Anpassung der Form der
Sonde auch an komplizierte Verläufe von Zuführwegen ermöglichen.Besonders vorteilhaft
ist dabei auch, daß durch dig#orgesehenen Gelenkverbindungen die einzelnen Gelenkabschnitte
7 auch exakt in einer vorgegebenen Position gehalten und praktisch versteift werden
können, wobei die anderen Gelenkabschnitte 7 unabhängig davon in eine gewünschte
Position gebracht werden können. Insbesondere auch bei Mehrfachabwinklungen wird
ein unerwünschtes Überlagern von Bewegungen weitgehend verhindert. Somit ergeben
sich auch erweiterte Anwendungsmöglichkeiten bei komplizierten Zuführwegen mit mehreren
Richtungsänderungen, wobei durch das "eigengeführte" Endoskop durch den Zuführkanal
selbst bewirkte Umlenkungen des Endoskopsonde weitgehend vermieden werden. Dies
kann insbesondere bei empfindlichen Zuführkanälen erhebliche Vorteile haben bzw.
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die Inspektion solcher Hohlräume überhaupt erst ermöglichen.
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Trotz dieser komplizierten Verformbarkeit der Endoskopsonde ist diese
robust und weitgehend gegen Beschädigungen, z.B. durch Zugüberlastung und dergleichen,
geschützt. Die Zugkraftübertragung erfolgt hierbei nämlich direkt über die stabilen
Schwenkgelenke 12, so daß die Bowdenzüge außer den Verstellkräften zur Betätigung
der Gelenkabschnitte 7, weiter keine Zugkräfte aufnehmen müssen. Da eine (Zug-)Stabilisierung
der Sonde durch eine entsprechend stabile äußere Umhüllung hier nicht notwendig
ist, kann eine solche entsprechend flexibel und dünnwandig ausgebildet sein, so
daß die Gelenkabschnitte 7 leichtgängig bewegbar sind. Zwischen den einzelnen Gelenkabschnitten
7 können sich flexible oder starre Zwischenabschnitte 21 befinden (Fig.9) Durch
die exakte Steuerbarkeit der Gelenkabschnitte 7 können die Antriebe für die Bowdenzüge
8 auch mit Stellmotoren
verbunden sein, so daß dann eine automatische,
vorgegebene Verformung des Endoskopes bei Roboteranwendungen möglich ist.
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Dabei kann das Endoskop automatisch über komplizierte Zuführwege zu
einer oder mehreren Inspektionsstellen geführt werden, wobei dann die Verformung
des Endoskopes bzw. seines Sondenteiles beim Zuführen insbesondere mikroprozessorgesteuert
über die Stellmotoren erfolgen kann. Diese exakt programmseitig vorgegebenen Verformungen
der Gelenkabschnitte 7 sind erst durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gelenkabschnitte
7 mit den außerhalb der jeweiligen Schwenkrichtung prkatisch starren Schwenkgelenken
12 möglich.
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Durch die außenliegenden Schwenkgelenke 12 ist der nutzbare lichte
Innenquerschnitt der Sonde frei zur Aufnahme des Bildleiters, eines Lichtleiters
sowie auch für Zuführkanäle, durch die Medium zu- oder abgeführt bzw. Manipulierinstrumente
durchgeführt werden können. In Verbindung mit der jetzt vorhandenen Gelenkstabilität
lassen sich gut auch Endoskope mit beweglichen Sonden herstellen, die wenige Millimeter
Außendurchmesser haben. Das Endoskop kann dann auch für sehr kleine Inspektionsöffnungen
eingesetzt werden.
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Im Bereich der Gelenkabschnitte 7 können zur Schwenkbegrenzung noch
Anschläge zwischen den benachbarten Gelenkgliedern 11 vorgesehen sein. Dabei können
im Verlauf eines Gelenkabschnittes 7 diese Anschläge so angeordnet sein, daß sich
bei maximaler Abwinklung ein vorgebbarer Kurvenverlauf des Gelenkabschnittes einstellt.
Beispielsweise kann so das Maß der Abwinklung im Verlauf dieses Abschnittes zu-
oder abnehmen. Insbesondere in Verbindung mit einer Roboteranwendung lassen sich
so genaue Formanpassungen des Endoskopes an den Verlauf des Inspektionskanales auch
im Bereich der Gelenkabschnitte 7 vornehmen.
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Erwähnt sei noch, daß die Länge und/oder die Anzahl der
Gelenkglieder
11 eines Gelenkabschnittes 7 je nach den vorhandenen Gegebenheiten hinsichtlich
des Abwinkelradius oder des Abwinkelverlaufes vorgesehen sein können. Auch die Anordnung
von Gelenkgliedern mit gleichen oder unterschiedlichen Gelenkorientierungsrichtungen
kann in Anpassung an die Erfordernisse vorgenommen werden. Für eine z.B.
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Vierfachabwinklung können für die eine Bewegungsebene mehrere Gelenkglieder
11 hintereinander angeordnet sein und die Gelenkglieder für die andere Bewegungsebene
schließen sich dann daran an. Andererseits können aber auch abwechselnd für die
eine und die andere Bewegungsebene Gelenkglieder 11 hintereinander angeordnet sein.
Wie bereits vorerwähnt, können sich zwischen den einzelnen Gelenkgliedern 11 auch
Zwischenabschnitte 21 befinden.
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Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten
Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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- Zusammenfassung -