WO2015000552A1 - Endoskop - Google Patents

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endoscope
tube
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Martin Wieters
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Olympus Winter and Ibe GmbH
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    • A61B2017/00876—Material properties magnetic

Definitions

  • the invention relates to an endoscope, in particular a video endoscope, comprising a shaft with an outer tube and an inner tube disposed within the outer tube and a non-contact magnetic coupling, which arranged outside of the outer tube concentric with the outer tube outer coupling part and a concentric with the inner tube inside the inner tube arranged inside Coupling part comprises, wherein the inner coupling part by means of a magnetic operative connection between the outer coupling part and the inner coupling part is translationally and / or rotationally movable, wherein in a gap between the outer tube and the inner tube, optical fibers and / or electrical conductors are performed.
  • CONFIRMATION COPY and an outer coupling part, wherein the outer coupling part is connected, for example, to an outer handle of the endoscope.
  • a corresponding generic non-contact magnetic coupling of an endoscope is known for example from the German patent application no. 1 0 201 1 078 969.3 of the Applicant.
  • the magnetic coupling comprises an outer coupling part and an inner coupling part, wherein the inner coupling part is arranged concentrically within the outer coupling part, wherein an annular gap remains between the coupling parts.
  • the outer coupling part and the inner coupling part each comprise an annular body, wherein the annular body of the outer coupling part is arranged between lateral armature discs, which together form an inwardly open, substantially "U" -shaped cross-section and / or the annular body of the inner coupling part between lateral armature discs is arranged, which together form an outwardly open, substantially "U" -shaped cross-section, wherein the annular body of the outer coupling part and / or the inner coupling part comprises an axially magnetized ring magnet.
  • This configuration allows translational motion transmission.
  • the armature disks of the two coupling parts at their respective adjoining the gap between the coupling parts surfaces in the circumferential direction on a mutually corresponding structuring with Polschuhsegmenten, which transmit a rotational movement.
  • stator and rotor are in many cases separated by two coaxial tubes which include gap between the outer and inner coupling part. Bundles of optical waveguides and / or electrical conductors are guided through this annular gap. The space of the gap which is not penetrated by the conductor bundle is usually filled with air.
  • the invention is based on the object to increase the transferable in a hermetic space of an endoscope moments and forces.
  • an endoscope in particular a video endoscope, comprising a shaft with an outer tube and an inner tube disposed within the outer tube and a non-contact magnetic coupling concentrically arranged outside of the outer tube concentric with the outer tube outer coupling part and an inner tube inner coupling part arranged with the inner tube, wherein the inner coupling part by means of a magnetic operative connection between the outer coupling part and the inner coupling part is translationally and / or rotationally movable, wherein in a gap between the outer tube and the inner tube, optical fibers and / or electrical conductors are performed , characterized in that a magnetic rotational symmetry of the gap is broken.
  • a magnetic rotational symmetry becomes a discrete or continuous rotational symmetry Understood.
  • the magnetic field in the gap has a constant magnitude in the circumferential direction.
  • a rotation around any angle leads to the same distribution of the magnetic field.
  • a discrete rotational symmetry is, for example, a two-, three- or three-fold rotational symmetry.
  • the magnetic field is the same again for a fourfold rotational symmetry after, for example, a 90 ° turn.
  • a broken magnetic rotational symmetry of the gap means in the invention that the gap has no continuous or discrete rotational symmetry for magnetic fields, regardless of how magnetic fields are generated outside the gap. Only after a rotation of the circumferential gap by 360 °, a magnetic field in the gap again provides the same configuration with respect to the spatial distribution of the permeability in the gap.
  • the invention is based on the idea that a limiting factor for the limitation of the transferable magnetic forces is the size of the gap between the outer and inner coupling part.
  • the transmittable torque or transmittable translational force of the magnetic coupling decreases exponentially with the magnitude of this distance. The necessary due to the optical fibers to be performed and / or electrical conductors gap thus the efficiency of the clutch is weakened, so that the power transmission in the given space can not be sufficient.
  • a translational movement is, in particular, a displacement or translation along a longitudinal extent of the tube
  • a rotational movement is in particular a rotation or rotation about an axis of rotation aligned along the longitudinal extent of the tube.
  • the optical fibers and / or electrical conductors are usually laid as a compact bundle. This requires a large gap of the annular gap to accommodate this bundle. The rest of the annular gap is filled with air and thus forms a kind of "dead space", which has no use for the endoscope and reduces the efficiency of the magnetic coupling.
  • the magnetic rotational symmetry of the gap is geometrically broken by the fact that the inner coupling part is arranged eccentrically within the outer coupling part.
  • An eccentric arrangement is understood to mean an arrangement in which the central axes of rotation of the outer and inner coupling parts are parallel but laterally offset from one another. The coupling parts are therefore not arranged concentrically with each other.
  • a particular advantage is that the invention achieves an improvement in the transmissible torques with the same strength of the magnets used for the magnetic operative connection. This avoids that too strong magnets lead to unwanted interactions with other components of the endoscope or other sensitive devices in the environment. Conversely, the invention allows the use of weaker magnets at comparable transmissible moments compared to known magnetic couplings.
  • the outer coupling part preferably has a discrete or continuous rotational symmetry, wherein the inner coupling part is arranged eccentrically to an axis of symmetry of the outer coupling part.
  • the optical fibers and / or electrical conductors as bundles are in a range of a maximum distance between nenrohr and outer tube arranged.
  • an eccentric configuration of the outer and inner coupling part wherein the thickest bundle is placed in the range of maximum distance and thinner bundles or thinner foothills or portions of a bundle are laid in one or both tapered portions of the gap.
  • the optical fibers and / or electrical conductors do not completely fill the gap, wherein in at least part of the gap not filled by the bundle, a filling material with a magnetic material Permeability between 1, 5 and 70, in particular between 5 and 1 1, is arranged.
  • the magnetic permeability ⁇ ⁇ of the material according to the invention is greater than a magnetic permeability of air.
  • the magnetic rotational symmetry of the gap is also broken by this measure.
  • the material with high magnetic Permeability conducts the magnetic field with much less attenuation through the gap than air.
  • an improved permeability of the gap for the magnetic fields extending between the coupling parts or a better penetration of the gap with the magnetic fields is achieved.
  • the magnetic operative connection between the coupling parts are strengthened and the transmittable moments are increased.
  • This measure also reduces the air volume or the dead space in the gap, since the volume now supports the transmission of the magnetic forces by the filling material.
  • the material preferably comprises a plastic which is mixed with magnetic, in particular soft-magnetic, particles.
  • magnetic also means magnetizable
  • soft magnetic means paramagnetic or magnetizable with low remanence.
  • the optical fibers and / or electrical conductors are guided as a bundle through the gap, which does not completely surround the inner tube. In this case, there is a space that can be filled by the filler.
  • the filling material substantially completely fills the part of the gap free of optical fibers and / or electrical conductors.
  • the filling material can be poured, for example, into the gap, after which the fibers and / or conductors have been laid.
  • the filling material extends over an entire length of a translational stroke of the non-contact magnetic coupling.
  • FIG. 1 schematically shows a radial sectional view of a known from the prior art non-contact magnetic coupling of an endoscope.
  • Fig. 2 shows schematically a radial sectional view of a
  • FIG. 3 shows schematically the transmittable torque of the magnetic coupling of the endoscope of FIG. 2 as a function of the position angle
  • FIG. 3A shows schematically a first angular position of the magnetic coupling to FIG. 3;
  • Fig. 3B schematically shows another angular position of the magnetic coupling to Fig. 3;
  • Fig. 4 shows schematically a radial sectional view of a
  • Endoscope according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a known from the prior art non-contact magnetic coupling 1 'of a video endoscope in a radial sectional view.
  • the endoscope Y comprises a shaft formed as a double shaft with an outer tube 12 and an inner tube 14, the longitudinal extent of which is aligned transversely to the plane of representation.
  • a hermetically sealed space 16 Within the inner tube 14 is a hermetically sealed space 16.
  • the inner tube 14 or the outer tube 12 is part of a hermetic barrier between the hermetically sealed space 16 and the environment.
  • the endoscope 1 is designed as a video endoscope 1 and has movable optical components at the distal end. These optical components, not shown, are located within the hermetically sealed space 16 and are connected to an inner coupling part 26.
  • the outer tube 12 is enclosed by an outer coupling part 20, which is connected for example with a handle, not shown.
  • the outer coupling part 20 and the inner coupling part 26 are formed as coupling parts of a magnetic coupling, wherein by means of magnetic operative connection between the outer coupling part 20 and the inner coupling part 26, a movement of the handle on the optics is transferable.
  • the outer coupling part 20 comprises a ring magnet 22, which is arranged between two armature discs 24, wherein in the illustration in Fig. 1, the second armature disc is covered by the armature plate 24 shown.
  • the inner coupling part 26 consists for example of a magnetic, in particular ferromagnetic, material.
  • the inner tube 14 is arranged concentrically within the outer tube 12. This results between the outer tube 12 and the inner tube 14 an annular gap in which a fiber bundle of optical fibers is guided.
  • the fibers of the fiber bundle 40 are used, for example, to guide light from an external light source from the proximal end of the endoscope 1 to the distal end of the endoscope 1 and to illuminate a viewing area there. Since the fibers have a low magnetic permeability, the annular gap is rotationally symmetrical in magnetic terms.
  • the armature discs 24 and the inner coupling part 26 each have mutually facing armature, which are arranged at a uniform distance on the outer coupling part 20 and the inner coupling part 26.
  • the outer coupling part 20 and the inner coupling part 26 each have four anchors. Magnetic field lines run between the armatures of an armature pair or magnetic forces act effect a magnetic operative connection between the outer coupling part 20 and the inner coupling part 26.
  • the inner coupling part 26 is longitudinally axially displaceable within the hermetically sealed space 16 and / or rotatable.
  • the transmittable moment M is also understood the maximum moment acting on the inner coupling part 26 by the outer coupling part 20, in which the magnetic operative connection does not come loose due to the forces and counter forces acting between the outer coupling part 20 and the inner coupling part 26.
  • the inner coupling part 26 is arranged eccentrically in the outer coupling part 20.
  • the outer Coupling member 20 is further disposed concentrically with the outer tube 12 and the inner coupling member 26 is disposed concentrically with the inner tube 14. Accordingly, the inner coupling member 26 is disposed respectively eccentric to the outer tube 12 and the outer coupling member 20 and the outer coupling member 20 is respectively disposed eccentrically to the inner coupling member 26 and the inner tube 14.
  • Fig. 3 shows on the vertical axis of the transmissible torque M and on the horizontal axis the attitude angle ⁇ of the magnetic coupling 1 with outer coupling part 20 and inner coupling part 26.
  • a period is given by 3607N and 2TT / N, respectively, where N denotes the number of respective armatures of the coupling parts 20, 26.
  • the angular range begins and ends with the angular position A, shown in Fig. 3A, in which an armature of the outer coupling part 20 and the inner coupling part 26 are arranged at a minimum distance from each other.
  • the outer coupling part 20 and the inner coupling part 26 are rotated by half a period, in the example shown with four anchors according to 45 ° or ⁇ / 2, with respect to the angular position A.
  • the curve of the maximum transmittable torque M as a function of the position angle ⁇ is shown in the characteristic curve 32.
  • the transmittable moment M is maximum in the position A, decreases with increasing attitude angle ⁇ , passes through a minimum and reaches an intermediate maximum in the position B.
  • the transferable torque M shown in the dashed curve 34 for the case that the coupling parts 20, 26 with otherwise unchanged configuration of the magnetic coupling, in particular with respect to the dimensions of the coupling parts 20, 26 and the strength of the magnets used, arranged concentrically to each other are.
  • This characteristic curve 34 extends below the eccentric characteristic curve 32.
  • a magnetically rotationally symmetrical configuration as in FIG. 1 would lead to a constant characteristic which would still lie below the characteristic curve 34.
  • FIG. 4 A radial sectional illustration of a further endoscope 1 according to the invention is shown in FIG. 4, the sectional plane corresponding to that of FIGS. 1 and 2.
  • the endoscope 1 has a double shaft with an outer tube 12 and an inner tube 14 and a hermetically sealed space 16 within the inner tube 14.
  • a bundle of optical fibers 40 is disposed in the gap between outer tube 12 and inner tube 14 wherein the bundle has a compact cross-sectional area and fills the gap only to a small extent.
  • a filling material 50 which comprises, for example, a plastic with soft magnetic particles.
  • the material 50 has a magnetic permeability ⁇ ⁇ which is greater than the magnetic permeability of air and is for example between 5 and 1 1. This material in turn breaks the magnetic rotational symmetry of the gap and reduces the dead space in the gap.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Endoskop, insbesondere Videoendoskop, umfassend einen Schaft mit einem Außenrohr (12) und einem innerhalb des Außenrohrs (12) angeordneten Innenrohr (14) und eine berührungslose Magnetkupplung (1), die ein außerhalb des Außenrohres (12) konzentrisch mit dem Außenrohr (12) angeordnetes äußeres Kupplungsteil (20) und ein innerhalb des Innenrohres (14) konzentrisch mit dem Innenrohr (14) angeordnetes inneres Kupplungsteil (26) umfasst, wobei das innere Kupplungsteil (26) mittels einer magnetischen Wirkverbindung zwischen dem äußeren Kupplungsteil (20) und dem inneren Kupplungsteil (26) translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar ist, wobei in einem Spalt zwischen dem Außenrohr (12) und dem Innenrohr (14) Lichtleitfasern (40) und/oder elektrische Leiter durchgeführt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Endoskop ist eine magnetische Rotationssymmetrie des Spalts gebrochen. Insbesondere ist hierzu das innere Kupplungsteil (26) exzentrisch innerhalb des äußeren Kupplungsteils (20) angeordnet, und/oder, wenn die Lichtleitfasern (40) und/oder elektrische Leiter den Spalt nicht vollständig ausfüllen, ist in wenigstens einem Teil des nicht vom Bündel ausgefüllten Spalts ein Füllmaterial mit einer magnetischen Permeabilität zwischen 1,5 und 70, insbesondere zwischen 5 und 11, angeordnet.

Description

Endoskop
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Endoskop, insbesondere Videoendoskop, umfassend einen Schaft mit einem Außenrohr und einem innerhalb des Außenrohrs angeordneten Innenrohr und eine berührungslose Magnetkupplung, die ein außerhalb des Außenrohres konzentrisch mit dem Außenrohr angeordnetes äußeres Kupplungsteil und ein innerhalb des Innenrohres konzentrisch mit dem Innenrohr angeordnete inneres Kupplungsteil umfasst, wobei das innere Kupplungsteil mittels einer magnetischen Wirkverbindung zwischen dem äußeren Kupplungsteil und dem inneren Kupplungsteil translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar ist, wobei in einem Spalt zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr Lichtleitfasern und/oder elektrische Leiter durchgeführt sind .
Bekannt sind Endoskope mit bewegbaren Komponenten, die sich in einem hermetisch abgeschlossenen Raum des Endoskops befinden. Zur Bewegung der Komponenten sind magnetische Kupplungen mit einem mit den Komponenten verbundenen inneren Kupplungsteil
BESTÄTIGUNGSKOPIE und einem äußeren Kupplungsteil bekannt, wobei das äußere Kupplungsteil beispielsweise mit einem außenliegenden Handgriff des Endoskops verbunden ist. Sonstige Komponenten des Endoskops, beispielsweise Lichtwellenleiter eines Videoendoskops, müssen teilweise zwischen äußerem und innerem Kupplungsteil geführt werden.
Eine entsprechende gattungsgemäße berührungslose Magnetkupplung eines Endoskops ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung Nr. 1 0 201 1 078 969.3 der Anmelderin bekannt. Die Magnetkupplung umfasst ein äußeres Kupplungsteil und ein inneres Kupplungsteil, wobei das innere Kupplungsteil konzentrisch innerhalb des äußeren Kupplungsteils angeordnet ist, wobei zwischen den Kupplungsteilen ein ringförmiger Spalt verbleibt. Das äußere Kupplungsteil und das innere Kupplungsteil umfassen jeweils einen Ringkörper, wobei der Ringkörper des äußeren Kupplungsteils zwischen seitlichen Ankerscheiben angeordnet ist, die zusammen einen nach innen hin offenen, im Wesentlichen "U"-förmigen Querschnitt ergeben und/oder der Ringkörper des inneren Kupplungsteils zwischen seitlichen Ankerscheiben angeordnet ist, die zusammen einen nach außen hin offenen, im Wesentlichen "U"-förmigen Querschnitt ergeben, wobei der Ringkörper des äußeren Kupplungsteils und/oder des inneren Kupplungsteils einen axial magnetisierten Ringmagnet umfasst. Diese Konfiguration erlaubt eine translatorische Bewegungsübertragung. Ferner weisen die Ankerscheiben der beiden Kupplungsteile an ihren jeweiligen an den Spalt zwischen den Kupplungsteilen angrenzenden Oberflächen in Umfangsrichtung eine zueinander korrespondierende Strukturierung mit Polschuhsegmenten auf, die eine rotatorische Bewegung übermitteln.
Diese auch als Stator und Läufer bezeichneten Kupplungsteile sind in vielen Fällen durch zwei koaxiale Rohre getrennt, die den Ring- spalt zwischen äußerem und innerem Kupplungsteil einschließen. Durch diesen Ringspalt werden Bündel von Lichtwellenleitern und/oder elektrischen Leitern geführt. Der nicht vom Leiterbündel durchsetzte Raum des Spalts ist üblicherweise mit Luft gefüllt.
Die mit derartigen Magnetkupplungen übertragbaren Momente oder Kräfte sind abhängig von der Stärke der magnetischen Wirkverbindung. Diese hängen von der Stärke der verwendeten Magnete und deren Abstand voneinander ab. In der Praxis sind die übertragbaren Momente und Kräfte daher begrenzt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die in einen hermetischen Raum eines Endoskops übertragbaren Momente und Kräfte zu erhöhen.
Die der Erfindung zugrundliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Endoskop, insbesondere Videoendoskop, umfassend einen Schaft mit einem Außenrohr und einem innerhalb des Außenrohrs angeordneten Innenrohr und eine berührungslose Magnetkupplung, die ein außerhalb des Außenrohres konzentrisch mit dem Außenrohr angeordnetes äußeres Kupplungsteil und ein innerhalb des Innenrohres konzentrisch mit dem Innenrohr angeordnetes inneres Kupplungsteil umfasst, wobei das innere Kupplungsteil mittels einer magnetischen Wirkverbindung zwischen dem äußeren Kupplungsteil und dem inneren Kupplungsteil translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar ist, wobei in einem Spalt zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr Lichtleitfasern und/oder elektrische Leiter durchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetische Rotationssymmetrie des Spalts gebrochen ist.
Unter einer magnetischen Rotationssymmetrie wird im Rahmen der Erfindung eine diskrete oder kontinuierliche Rotationssymmetrie verstanden. Bei einer kontinuierlichen magnetischen Rotationssymmetrie weist das Magnetfeld im Spalt eine in Umfangsrichtung konstante Stärke auf. Eine Drehung um jeden beliebigen Winkel führt jeweils zur gleichen Verteilung des Magnetfelds. Eine diskrete Rotationssymmetrie ist beispielsweise eine zwei-, drei- usw. -zählige Rotationssymmetrie. So ist das Magnetfeld bei einer vierzähligen Rotationssymmetrie beispielsweise nach einer Drehung um 90° wieder das gleiche. Eine gebrochene magnetische Rotationssymmetrie des Spalts bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass der Spalt keine kontinuierliche oder diskrete Rotationssymmetrie für Magnetfelder aufweist, unabhängig davon, wie Magnetfelder außerhalb des Spaltes erzeugt werden. Erst nach einer Drehung des umlaufenden Spaltes um 360° bietet sich einem Magnetfeld im Spalt wieder die gleiche Konfiguration bezüglich der räumlichen Verteilung der Permeabilität im Spalt.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass ein begrenzender Faktor für die Begrenzung der übertragbaren Magnetkräfte die Größe des Spalts zwischen äußerem und innerem Kupplungsteil ist. Das übertragbare Drehmoment bzw. die übertragbare translatorische Kraft der Magnetkupplung nimmt exponentiell mit der Größe dieses Abstands ab. Durch den aufgrund der durchzuführenden Lichtleitfasern und/oder elektrischen Leitern notwendigen Spalt wird somit der Wirkungsgrad der Kupplung geschwächt, so dass die Kraftübertragung im gegebenen Bauraum nicht mehr ausreichend sein kann.
Im Rahmen der Erfindung ist eine translatorische Bewegung insbesondere eine Verschiebung oder Translation entlang einer Längserstreckung des Rohres, während eine rotatorische Bewegung insbesondere eine Drehung oder Rotation um eine entlang der Längserstreckung des Rohres ausgerichtete Rotationsachse ist. Die Lichtleitfasern und/oder elektrischen Leiter werden üblicherweise als kompaktes Bündel verlegt. Dies bedingt ein großes Spaltmaß des ringförmigen Spalts, um dieses Bündel aufzunehmen. Der Rest des Ringspaltes ist mit Luft gefüllt und bildet somit eine Art „Totraum", der keinen Nutzen für das Endoskop hat und den Wirkungsgrad der Magnetkupplung herabsetzt.
Mit der erfindungsgemäßen Durchbrechung der magnetischen Rotationssymmetrie wird dieser Totraum in magnetischer Hinsicht minimiert. Die in magnetischer Sicht abschwächende maximale Spaltbreite ist nur für den Bereich notwendig, in dem die Lichtleitfasern und/oder elektrischen Leiter verlegt sind. Im übrigen Bereich des Spaltes werden erfindungsgemäß Maßnahmen ergriffen, die magnetische Rotationssymmetrie zu brechen und so die Abschwächung des Magnetfelds zu verringern. Mit der Brechung der Rotationssymmetrie wird der Wirkungsgrad der Magnetkupplung somit wieder erhöht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Endoskops wird die magnetische Rotationssymmetrie des Spalts auf geometrischem Weg dadurch gebrochen, dass das innere Kupplungsteil exzentrisch innerhalb des äußeren Kupplungsteils angeordnet ist. Unter einer exzentrischen Anordnung wird eine Anordnung verstanden, in der die zentralen Drehachsen von äußerem und innerem Kupplungsteil parallel, jedoch seitlich zueinander versetzt sind . Die Kupplungsteile sind also nicht konzentrisch zueinander angeordnet.
Durch die exzentrische Anordnung ergibt sich in Umfangsrichtung des Rohres abschnittsweise ein sehr kurzer Abstand zwischen den Kupplungsteilen, wodurch Totraum verringert und eine starke mag- netische Wirkverbindung zwischen den Kupplungsteilen mit entsprechend hohen übertragbaren Momenten gewährleistet wird. Durch diese Maßnahme werden die übertragbaren Momente abhängig von dem Stellungswinkel von äußerem und innerem Kupplungsteil relativ zu einem beliebigen Fixpunkt an dem Rohr. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die übertragbaren Momente o- der Kräfte für alle Stellungswinkel höher sind als bei symmetrischer oder konzentrischer Anordnung von ansonsten unveränderten Kupplungsteilen. Der gewonnene Raum kann beispielsweise zur weiteren Verkleinerung des Endoskops oder von Endoskopkomponenten verwendet werden.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass durch die Erfindung eine Verbesserung der übertragbaren Momente bei gleicher Stärke der für die magnetische Wirkverbindung eingesetzten Magnete erreicht wird . Dadurch wird vermieden, dass allzu starke Magnete zu unerwünschten Wechselwirkungen mit anderen Komponenten des Endoskops oder weiteren empfindlichen Geräten in der Umgebung führen. Umgekehrt ermöglich die Erfindung gegenüber bekannten Magnetkupplungen die Verwendung schwächerer Magnete bei vergleichbaren übertragbaren Momenten.
Das äußere Kupplungsteil weist vorzugsweise eine diskrete oder kontinuierliche Rotationssymmetrie auf, wobei das innere Kupplungsteil exzentrisch zu einer Symmetrieachse des äußeren Kupplungsteils angeordnet ist. Dadurch wird über einen breiten Bereich an Drehwinkeln der Magnetkupplung eine starke magnetische Wirkverbindung mit entsprechend hohen übertragbaren Momenten gewährleistet.
Vorzugsweise sind die Lichtleitfasern und/oder elektrische Leiter als Bündel in einem Bereich eines maximalen Abstands zwischen In- nenrohr und Außenrohr angeordnet.
Beispielsweise im Falle von mehreren, verschieden dicken Bündeln, oder einem Bündel, das in begrenztem Maße im Querschnitt formbar ist, kann auch erfindungsgemäß eine exzentrische Konfiguration von äußerem und innerem Kupplungsteil verwendet werden, wobei das dickste Bündel in den Bereich des maximalen Abstands verlegt wird und dünnere Bündel oder dünnere Ausläufer oder Bereiche eines Bündels in einen oder beide sich verjüngende Teile des Spalts verlegt werden. So wird mit einer Kombination aus Vergleichmäßigung und exzentrischer Anordnung der Totraum weiter minimiert.
Durch diese Maßnahmen der gleichmäßigen Verteilung oder Vergleichmäßigung wird ein im Durchschnitt geringer Abstand zwischen den Kupplungsteilen ermöglicht, wodurch die magnetische Wirkverbindung verstärkt und übertragbare Momente erhöht werden.
In einer erfindungsgemäßen vorteilhaften Weiterentwicklung, die eigenständig verwendbar ist oder bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen zusätzlich einsetzbar ist, füllen die Lichtleitfasern und/oder elektrische Leiter den Spalt nicht vollständig aus, wobei in wenigstens einem Teil des nicht vom Bündel ausgefüllten Spalts ein Füllmaterial mit einer magnetischen Permeabilität zwischen 1 ,5 und 70, insbesondere zwischen 5 und 1 1 , angeordnet ist. Die magnetische Permeabilität μΓ des Materials ist erfindungsgemäß größer als eine magnetische Permeabilität von Luft.
Da der von den Lichtleitfasern und/oder elektrischen Leitern durchsetzte Teil des Spaltes eine niedrige magnetische Permeabilität aufweist und der Rest eine hohe magnetische Permeabilität, ist auch durch diese Maßnahme die magnetische Rotationssymmetrie des Spaltes durchbrochen. Das Material mit hoher magnetischer Permeabilität leitet das Magnetfeld mit wesentlich weniger Ab- schwächung durch den Spalt als Luft. Auf diese Weise wird gegenüber einem luftgefüllten Spalt eine verbesserte Durchlässigkeit des Spaltes für die zwischen den Kupplungsteilen verlaufenden Magnetfelder oder eine bessere Durchdringung des Spaltes mit den Magnetfeldern erreicht. Dadurch werden die magnetische Wirkverbindung zwischen den Kupplungsteilen gestärkt und die übertragbaren Momente erhöht. Auch diese Maßnahme verringert das Luftvolumen bzw. den Totraum im Spalt, da das Volumen durch das Füllmaterial die Übertragung der Magnetkräfte nunmehr unterstützt.
Vorzugsweise umfasst das Material einen mit magnetischen, insbesondere weichmagnetischen, Partikeln versetzten Kunststoff. Im Rahmen der Erfindung bedeutet das Merkmal „magnetisch" auch magnetisierbar, und „weichmagnetisch" bedeutet paramagnetisch oder mit geringer Remanenz magnetisierbar.
Vorzugsweise sind die Lichtleitfasern und/oder elektrischen Leiter als Bündel durch den Spalt geführt, das das Innenrohr nicht vollständig umschließt. I n diesem Fall besteht ein Raum, der durch das Füllmaterial ausgefüllt werden kann.
Vorteilhafterweise füllt das Füllmaterial den von Lichtleitfasern und/oder elektrischen Leitern freien Teil des Spalts im Wesentlichen vollständig aus.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden wenigstens ein Teil der Lichtleitfasern und/oder elektrischen Leiter durch das Füllmaterial hindurch oder durch eine Öffnung im Füllmaterial geführt. So wird Totraum weiter verringert. Das Füllmaterial kann hierfür beispielsweise in den Spalt eingegossen werden, nach dem die Fasern und/oder Leiter verlegt worden sind. Für Magnetkupplungen mit translatorischem Hub ist besonders vorteilhaft, wenn in Längsrichtung des Endoskopschafts sich das Füllmaterial über eine gesamte Länge eines translatorischen Hubs der berührungslosen Magnetkupplung erstreckt.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine radiale Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten berührungslosen Magnetkupplung eines Endoskops;
Fig. 2 schematisch eine radiale Schnittdarstellung eines
Endoskops gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 schematisch das übertragbare Moment der Magnetkupplung des Endoskops aus Fig. 2 in Abhängigkeit des Stellungswinkels;
Fig. 3A schematisch eine erste Winkelstellung der Magnetkupplung zu Fig. 3; Fig. 3B schematisch eine weitere Winkelstellung der Magnetkupplung zu Fig. 3;
Fig. 4 schematisch eine radiale Schnittdarstellung eines
Endoskops gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte berührungslose Magnetkupplung 1 ' eines Videoendoskops in einer radialen Schnittdarstellung.
Das Endoskop Y umfasst einen als Doppelschaft ausgebildeten Schaft mit einem Außenrohr 12 und einem Innenrohr 14, deren Längserstreckung jeweils quer zur Darstellungsebene ausgerichtet ist. Innerhalb des Innenrohrs 14 befindet sich ein hermetisch abgeschlossener Raum 16. Dabei ist beispielsweise das Innenrohr 14 oder das Außenrohr 12 Bestandteil einer hermetischen Barriere zwischen dem hermetisch abgeschlossenen Raum 16 und der Umgebung.
Das Endoskop 1 ist als Videoendoskop 1 ausgebildet und verfügt am distalen Ende über bewegbare optische Komponenten. Diese nicht dargestellten optischen Komponenten befinden sich innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Raumes 16 und sind mit einem inneren Kupplungsteil 26 verbunden.
Das Außenrohr 12 ist umschlossen von einem äußeren Kupplungs- teil 20, das beispielsweise mit einem nicht dargestellten Handgriff verbunden ist. Das äußere Kupplungsteil 20 und das innere Kupplungsteil 26 sind als Kupplungsteile einer Magnetkupplung ausgebildet, wobei mittels magnetischer Wirkverbindung zwischen dem äußeren Kupplungsteil 20 und dem inneren Kupplungsteil 26 eine Bewegung des Handgriffs auf die Optik übertragbar ist.
In dem gezeigten Beispiel umfasst das äußere Kupplungsteil 20 einen Ringmagneten 22, der zwischen zwei Ankerscheiben 24 angeordnet ist, wobei in der Darstellung in Fig. 1 die zweite Ankerscheibe von der gezeigten Ankerscheibe 24 verdeckt ist. Das innere Kupplungsteil 26 besteht beispielsweise aus einem magnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Material.
Das Innenrohr 14 ist konzentrisch innerhalb des Außenrohrs 12 angeordnet. Dadurch ergibt sich zwischen dem Außenrohr 12 und dem Innenrohr 14 ein Ringspalt, in dem ein Faserbündel aus optischen Fasern geführt ist. Die Fasern des Faserbündels 40 werden beispielsweise verwendet, um Licht einer externen Lichtquelle vom proximalen Ende des Endoskops 1 zum distalen Ende des Endoskops 1 zu leiten und dort einen Beobachtungsbereich auszuleuchten. Da die Fasern eine niedrige magnetische Permeabilität aufweisen, ist der Ringspalt in magnetischer Hinsicht rotationssymmetrisch.
Die Ankerscheiben 24 und das innere Kupplungsteil 26 verfügen über jeweils paarweise einander zugewandte Anker, die in gleichmäßigem Abstand am äußeren Kupplungsteil 20 bzw. am inneren Kupplungsteil 26 angeordnet sind. Im gezeigten Beispiel verfügen das äußere Kupplungsteil 20 und das innere Kupplungsteil 26 über jeweils vier Anker. Zwischen den Ankern eines Ankerpaares verlaufen magnetische Feldlinien bzw. es wirken magnetische Kräfte, die eine magnetische Wirkverbindung zwischen dem äußeren Kupplungsteil 20 und dem inneren Kupplungsteil 26 bewirken.
Mittels dieser magnetischen Wirkverbindung sind translatorische und rotatorische Momente von dem äußeren Kupplungsteil 20 auf das innere Kupplungsteil 26 übertragbar. Insbesondere ist das innere Kupplungsteil 26 innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Raumes 16 längsaxial verschiebbar und/oder drehbar.
Übersteigen die auf das äußere Kupplungsteil 20 und das innere Kupplungsteil 26 wirkenden mechanischen Kräfte, beispielsweise Antriebskräfte auf das äußere Kupplungsteil 20 und Reibungskräfte auf das innere Kupplungsteil 26, die magnetischen Kräfte zwischen den Ankern, so verdrehen oder verschieben sich das äußere Kupplungsteil 20 und das innere Kupplungsteil 26 gegeneinander, wodurch die magnetische Wirkverbindung getrennt oder gelöst wird. Unter dem übertragbaren Moment M wird auch das maximale vom äußeren Kupplungsteil 20 auf das innere Kupplungsteil 26 wirkende Moment verstanden, bei dem sich die magnetische Wirkverbindung aufgrund der zwischen dem äußeren Kupplungsteil 20 und dem inneren Kupplungsteil 26 wirkenden Kräfte und Gegenkräfte nicht löst.
Da das Bündel von Lichtleitfasern 40, wie im Stand der Technik üblich, kompakt ist, herrscht ein großes Spaltmaß, so dass die magnetische Kraft durch den Totraum des luftgefüllten Volumens 42 begrenzt wird. Auch die Anwesenheit von Lichtleitfasern durchbricht die magnetische Rotationssymmetrie nicht effektiv.
In Fig. 2 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Gegensatz zur Magnetkupplung 1 ' gemäß Fig. 1 ist in der Magnetkupplung 1 gemäß Fig. 1 das innere Kupplungsteil 26 exzentrisch im äußeren Kupplungsteil 20 angeordnet. Das äußere Kupplungsteil 20 ist ferner konzentrisch zu dem Außenrohr 12 angeordnet und das innere Kupplungsteil 26 ist konzentrisch zu dem Innenrohr 14 angeordnet. Dementsprechend ist das innere Kupplungsteil 26 jeweils exzentrisch zu dem Außenrohr 12 und zu dem äußeren Kupplungsteil 20 angeordnet und das äußere Kupplungsteil 20 ist jeweils exzentrisch zu dem inneren Kupplungsteil 26 und dem Innenrohr 14 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine einfache mechanische Konstruktion mit durchbrochener magnetischer Rotationssymmetrie des Spalts, bei der insbesondere das bewegliche äußere Kupplungsteil 20 an dem Außenrohr 12 und das bewegliche innere Kupplungsteil 26 an dem Innenrohr 14 abgestützt ist, während das Außenrohr 12 und das Innenrohr 14 stationär zueinander gelagert sind.
Obwohl die Abmessungen des Querschnitts des Bündels von Lichtleitfasern 40 im Vergleich zu Fig. 1 unverändert sind, ist das luftgefüllte Volumen 42 in Fig. 2 gegenüber Fig. 1 alleine durch die geometrische Änderung wesentlich reduziert worden. Das mittlere Spaltmaß hat sich hierdurch ebenfalls verringert.
Das übertragbare Moment M ist aufgrund der exzentrischen Anordnung von äußerem Kupplungsteil 20 und innerem Kupplungsteil 26 nunmehr abhängig von der Winkelstellung bzw. dem Stellungswinkel von äußerem Kupplungsteil 20 und innerem Kupplungsteil 26 relativ zu einem beliebigen Fixpunkt an den stationären Rohren 12, 14 des Endoskops. Diese Winkelabhängigkeit ist schematisch in Fig. 3 dargestellt.
Fig. 3 zeigt auf der vertikalen Achse das übertragbare Moment M und auf der horizontalen Achse den Stellungswinkel α der Magnetkupplung 1 mit äußerem Kupplungsteil 20 und innerem Kupplungsteil 26. Dabei ist ein Bereich von einer Periode des Stellungswinkels α dargestellt, wobei eine Periode gegeben ist durch 3607N bzw. 2TT/N, wobei N die Anzahl der jeweiligen Anker von den Kupplungsteilen 20, 26 bezeichnet.
Der Winkelbereich beginnt und endet mit der Winkelstellung A, dargestellt in Fig. 3A, bei der jeweils ein Anker des äußeren Kupplungsteils 20 und des inneren Kupplungsteils 26 mit minimalem Abstand zueinander angeordnet sind. In der Winkelstellung B, dargestellt in Fig. 3B, sind das äußere Kupplungsteil 20 und das innere Kupplungsteil 26 hingegen um eine halbe Periode, im gezeigten Beispiel mit vier Ankern entsprechend um 45° oder ττ/2, gegenüber der Winkelstellung A gedreht.
Der Verlauf des maximal übertragbaren Moments M in Abhängigkeit des Stellungswinkels α ist in der Kennlinie 32 dargestellt. Das übertragbare Moment M ist in der Stellung A maximal, fällt mit wachsendem Stellungswinkel α ab, durchläuft ein Minimum und erreicht in der Stellung B ein Zwischenmaximum.
Zum Vergleich ist mit der gestrichelt dargestellten Kennlinie 34 das übertragbare Moment M für den Fall dargestellt, dass die Kupplungsteile 20, 26 bei ansonsten unveränderter Ausgestaltung der Magnetkupplung, insbesondere betreffend die Abmessungen der Kupplungsteile 20, 26 sowie die Stärke der verwendeten Magnete, konzentrisch zueinander angeordnet sind. Diese Kennlinie 34 verläuft unterhalb der exzentrischen Kennlinie 32. Somit ist das übertragbare Moment M bei exzentrischer Anordnung von äußerem Kupplungsteil 20 und innerem Kupplungsteil 26, d. h. der Verlauf der Kennlinie 32, für alle Stellungswinkel α größer als das übertragbare Moment der konzentrischen Anordnung, d.h. dem Verlauf der Kennlinie 34. Dies ist ein Resultat davon, dass die übertragbaren Kräfte exponentiell vom Abstand zwischen den Polschuhen abhängen. Ei- nander angenäherte Polschuhe tragen somit überproportional bei, während eine weitere Beabstandung voneinander entfernter Polschuhe weniger Verlust bringt.
Eine magnetisch rotationssymmetrische Konfiguration wie in Fig. 1 würde zu einer konstanten Kennlinie führen, die noch unterhalb der Kennlinie 34 läge.
Eine radiale Schnittdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Endoskops 1 ist in Fig. 4 gezeigt, wobei die Schnittebene derjenigen aus Fig. 1 und 2 entspricht.
Das Endoskop 1 verfügt über einen Doppelschaft mit einem Außenrohr 12 und einem Innenrohr 14 sowie einem hermetisch abgeschlossenen Raum 16 innerhalb des Innenrohres 14. Wie im bekannten Beispiel aus Fig. 1 ist in dem Spalt zwischen Außenrohr 12 und Innenrohr 14 ein Bündel optischer Fasern 40 angeordnet, wobei das Bündel eine kompakte Querschnittsfläche aufweist und den Spalt nur zu einem geringen Anteil ausfüllt. In dem verbleibenden Spalt zwischen Außenrohr 12 und Innenrohr 14 befindet sich jedoch zusätzlich ein Füllmaterial 50, das beispielsweise einen Kunststoff mit weichmagnetischen Partikeln umfasst. Das Material 50 weist eine magnetische Permeabilität μΓ auf, die größer als die magnetische Permeabilität von Luft ist und beispielsweise zwischen 5 und 1 1 beträgt. Dieses Material bricht wiederum die magnetische Rotationssymmetrie des Spalts und verringert den Totraum im Spalt.
Dadurch wird die Abschwächung der magnetischen Felder zwischen den Ankern von äußerem Kupplungsteil 20 und innerem Kupplungsteil 26 im Vergleich zu einem luftgefüllten Spalt gleicher Abmessung verringert, so dass die magnetische Wirkverbindung zwischen ansonsten unverändertem äußeren Kupplungsteil 20 und unveränder- tem inneren Kupplungsteil 26 verstärkt wird und höhere Momente übertragbar sind.
Mit jedem der Ausführungsbeispiele der Figuren 2 und 4 wird Totvolumen verringert und werden die übertragbaren Kräfte erhöht. Auch die bereits verringerten luftgefüllten Volumen 42 der exzentrischen Magnetkupplung 1 gemäß Fig. 2 können mit einem entsprechenden Füllmaterial 50 gemäß Fig. 4 erfindungsgemäß und vorteilhaft gefüllt werden.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit insbesondere gekennzeichnet sind, vorzugsweise fakultative Merkmale.
Bezuqszeichen liste
1 , 1 ' Magnetkupplung
12 Außenrohr
14 Innenrohr
16 hermetischer Raum
20 äußeres Kupplungsteil
22 Ringmagnet
24 Ankerscheibe
26 inneres Kupplungsteil
32, 34 Kennlinie
40 Lichtleitfasern
42 luftgefülltes Volumen
50 Füllmaterial
A, B Winkelkonfigurationen
M übertragbares Moment α Drehwinkel

Claims

Endoskop Patentansprüche
1 . Endoskop, insbesondere Videoendoskop, umfassend einen Schaft mit einem Außenrohr (12) und einem innerhalb des Außenrohrs (12) angeordneten Innenrohr (14) und eine berührungslose Magnetkupplung (1 ), die ein außerhalb des Außenrohres (12) konzentrisch mit dem Außenrohr (12) angeordnetes äußeres Kupplungsteil (20) und ein innerhalb des Innenrohres (14) konzentrisch mit dem Innenrohr (14) angeordnetes inneres Kupplungsteil (26) umfasst, wobei das innere Kupplungsteil (26) mittels einer magnetischen Wirkverbindung zwischen dem äußeren Kupplungsteil (20) und dem inneren Kupplungsteil (26) translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar ist, wobei in einem Spalt zwischen dem Außenrohr (12) und dem Innenrohr (14) Lichtleitfasern (40) und/oder elektrische Leiter durchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetische Rotationssymmetrie des Spalts gebrochen ist.
2. Endoskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das innere Kupplungsteil (26) exzentrisch innerhalb des äußeren Kupplungsteils (20) angeordnet ist.
Endoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfasern (40) und/oder elektrische Leiter als Bündel in einem Bereich eines maximalen Abstands zwischen Innenrohr (14) und Außenrohr (12) angeordnet sind.
Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfasern (40) und/oder elektrische Leiter den Spalt nicht vollständig ausfüllen , wobei in wenigstens einem Teil des nicht vom Bündel ausgefüllten Spalts ein Füllmaterial mit einer magnetischen Permeabilität zwischen 1 ,5 und 70, insbesondere zwischen 5 und 1 1 , angeordnet ist.
Endoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (50) einen mit magnetischen, insbesondere weichmagnetischen, Partikeln versetzten Kunststoff umfasst.
Endoskop nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfasern (40) und/oder elektrischen Leiter als Bündel durch den Spalt geführt sind, das das Innenrohr (14) nicht vollständig umschließt.
Endoskop nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (50) den von Lichtleitfasern (40) und/oder elektrischen Leitern freien Teil des Spalts im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
Endoskop nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Lichtleitfasern (40) und/oder elektrischen Leiter durch das Füllmaterial (50) hindurch oder durch eine Öffnung im Füllmaterial (50) geführt werden.
9. Endoskop nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Magnetkupplung (1 ) mit translatori- schem Hub in Längsrichtung des Endoskopschafts sich das
Füllmaterial (50) über eine gesamte Länge eines translatorischen Hubs der berührungslosen Magnetkupplung (1 ) erstreckt.
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