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GEBIET
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Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Kühlkomponenten einer elektronischen Vorrichtung, wie z.B. eines Videoendoskops.
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HINTERGRUND
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Inspektions- oder Prüfvorrichtungen, wie z.B. Endoskope, werden im Allgemeinen zur Inspektion von Objekten, die sich von einem Vorrichtungsbediener entfernt befinden, wie z.B. internen Komponenten einer Gas- und Dampfturbine, verwendet. Ein Werkzeug, das einen an seiner entfernten Spitze angeordneten Videokopf aufweist, kann durch den Bediener zu einer gewünschten Betrachtungsstelle manövriert werden, und ein Videosignal von dem Videokopf liefert dem Bediener auf einem Bildschirm des Endoskops eine Ansicht der gewünschten Stelle. Motoren und Steuerungssysteme zur Durchführung von Endoskopfunktionen, wie z.B. das Manövrieren des Werkzeugs und das Anpassen des Bildes, können von einem oder mehreren Prozessoren gesteuert werden, die auf einer oder mehreren Leiterplatten des Endoskops angeordnet sind. Im Einsatz erzeugen die Betriebskomponenten und die Leiterplatten jedoch Wärme, die ihr Leistungsverhalten negativ beeinflussen und ihre maximale Betriebstemperatur verringern kann. Die erhöhte Wärmeenergie der Komponenten und der Leiterplatten kann bewirken, dass diese weniger zuverlässig, weniger effektiv und weniger effizient werden. Zusätzlich kann es aufgrund der Wärmemenge, die sich in bestimmten Betriebskomponenten des Endoskops aufstaut für einen Bediener schwierig sein, das Endoskop oder wenigstens spezielle Komponenten des Endoskops während oder nach der Verwendung zu handhaben.
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Einige Endoskope weisen eine oder mehrere Kühlkörper auf, um zu helfen, die während des Einsatzes erzeugte Menge an Wärmeenergie zu kontrollieren. Herkömmlich verwenden diese Module passiv gekühlte Kühlkörper, die zur Wärmeübertragung auf rein natürlicher Konvektion basieren. Diese Kühlkörper sind oft sperrig und weisen im Vergleich zu dem gesamten Endoskop ein signifikantes Gewicht auf, um eine ausreichende Oberfläche zur Aufrechterhaltung zulässiger interner und externer Temperaturen zu schaffen. Und sogar dann ergeben derzeitige Bauformen Endoskope, die nicht effizient arbeiten und zu heiß werden. Nachteile hinsichtlich der Effizienz, der Größe, des Gewichts und der Berührungstemperatur wirken sich auf die Module von Endoskopen aus, die Werkzeuge, wie gelenkig bewegbare Videoköpfe, führen. Dies kann zur Verwendung großer Kühlkörper mit langen und/oder großen Rippenreihen führen, um eine ausreichende Oberfläche zu schaffen, über die die Wärme abgeleitet werden kann.
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Somit bleibt der Bedarf nach verbesserter Kühlung und damit verbesserter Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Komponenten einer elektronischen Vorrichtung, wie z.B. eines Endoskops.
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KURZBESCHREIBUNG
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Module, Systeme und Verfahren zur Kühlung von Komponenten einer elektronischen Vorrichtung, wie z.B. eines Boroskops oder Endoskops, sind hierin allgemein offenbart. Allgemein ist eine Kühlkörperanordnung zur Kühlung einer oder mehrerer Komponenten einer elektronischen Vorrichtung geschaffen. Die Kühlkörperanordnung kann vielfältige Anordnungen aufweisen, und in einer Ausführungsform weist die Anordnung einen ersten Kühlkörper auf, der benachbart zu einem zweiten Kühlkörper angeordnet ist, so dass eine Abluftströmung von dem ersten Kühlkörper durch den zweiten Kühlkörper geleitet wird, um dadurch eine Luftströmung durch den zweiten Kühlkörper zu schaffen. Solch eine Konfiguration kann die Verwendung einer einzigen aktiven Kühlanordnung benachbart zu dem ersten Kühlkörper ermöglichen, ohne eine zusätzliche, unabhängige aktive oder passive Kühlanordnung benachbart zu dem zweiten Kühlkörper zu benötigen.
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In einer Ausführungsform ist eine Inspektionsvorrichtung geschaffen, und diese weist ein erstes und ein zweites Gehäuse auf. Das erste Gehäuse kann eine Benutzerschnittstelle und einen Kühlkörper aufweisen, und das zweite Gehäuse kann mit dem ersten Gehäuse verbunden sein und kann einen zweiten Kühlkörper, die benachbart zu dem ersten Kühlkörper angeordnet ist, sowie einen Sensor aufweisen. Zusätzlich kann die Inspektionsvorrichtung eine Gebläseanordnung aufweisen, die in einem von dem ersten und zweiten Gehäuse angeordnet ist. Die Gebläseanordnung kann eingerichtet sein, um eine Luftströmung über sowohl den ersten Kühlkörper als auch den zweiten Kühlkörper zu schaffen.
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In einigen Ausführungsformen kann sich ein längliches flexibles Einsatzwerkzeug von dem zweiten Gehäuse aus erstrecken, und das Werkzeug kann den Sensor aufweisen. Der Sensor kann zur Verwendung als wenigstens eine(r) von einer bildgebenden Vorrichtung, einem Wirbelstromdetektor, einer Ultraschallvorrichtung, einer Röntgenvorrichtung und einem Temperaturmessgerät eingerichtet sein. Beispielsweise kann der Sensor eine Videobildgebungsvorrichtung an einer entfernten Spitze des Werkzeugs aufweisen. Die Videobildgebungsvorrichtung kann eingerichtet sein, um ein Videosignal zu erzeugen, das ein Bild eines Ziels innerhalb des Sichtfelds der Vorrichtung repräsentiert, das dann zur Ansicht auf der Benutzerschnittstelle des ersten Gehäuses übertragen werden kann. Die Benutzerschnittstelle kann wenigstens eine(s) von einem Betrachtungsbildschirm, einer digitalen Messwertanzeige, einer Skop- oder Trace-Anzeige und einer Betriebssteuereinheit enthalten, um beispielsweise ein längliches, flexibles Einsatzwerkzeug zu führen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Kühlkörper geschaffen, und dieser weist eine Rippenanordnung auf, die eine erste und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste und die zweite Seite der Rippenanordnung im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind. In einigen Ausführungsformen kann eine Gebläseanordnung innerhalb eines zentralen Abschnitts des Kühlkörpers angeordnet sein. Die Gebläseanordnung kann innerhalb eines elastomeren Halters verankert sein, der innerhalb des ersten Kühlkörpers angeordnet ist. Ferner kann die Gebläseanordnung ein erstes und ein zweites Gebläse aufweisen.
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In der Inspektionsvorrichtung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann das erste Gehäuse einen entfernten Abschnitt mit der an diesem angeordneten Benutzerschnittstelle und einen nahen Griffabschnitt aufweisen, wobei das zweite Gehäuse mit dem nahen Griffabschnitt des ersten Gehäuses lösbar gekoppelt sein kann. Ferner kann der ersten Kühlkörper in dem entfernten Abschnitt des ersten Gehäuses angeordnet sein.
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In der Inspektionsvorrichtung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann der Sensor zur Verwendung als wenigstens eine(r) von einer Bildgebungsvorrichtung, einem Wirbelstromdetektor, einer Ultraschallvorrichtung, einer Röntgenvorrichtung und einem Temperaturmessgerät eingerichtet sein.
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Die Inspektionsvorrichtung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann ferner eine erste Strebe, die an einer ersten Seite des ersten Kühlkörpers angeordnet ist, und eine zweite Strebe aufweisen, die an einer gegenüber liegenden zweiten Seite des ersten Kühlkörpers angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Strebe eingerichtet sind, um einen Lufttrichter zur Führung einer Luftströmung von dem ersten Kühlkörper in Richtung des zweiten Kühlkörpers zu bilden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann eine Inspektionsvorrichtung ein erstes Gehäuse, einen ersten Kühlkörper und eine Gebläseanordnung aufweisen. Das erste Gehäuse kann einen entfernten Abschnitt mit einer Benutzerschnittstelle und einen nahen Griffabschnitt aufweisen, und es kann ferner eine erste Leiterplatte aufweisen. Die Vorrichtung kann auch einen flexiblen länglichen Einsatzschaft aufweisen, der ein nahes Ende, das mit dem ersten Gehäuse verbunden ist, und ein entferntes Ende aufweist, das einen ihm zugehörigen Sensor aufweist. Der erste Kühlkörper kann innerhalb des entfernten Abschnitts des ersten Gehäuses angeordnet sein und kann mit der ersten Leiterplatte in Verbindung stehen. Der Kühlkörper kann mehrere Rippen aufweisen, die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, und die Rippen können eine in einem Abschnitt der Rippen ausgebildete zentrale Öffnung aufweisen. Die Gebläseanordnung kann innerhalb der zentralen Öffnung eingesetzt sein, und in einer Ausführungsform kann die Gebläseanordnung ein erstes und zweites Gebläse aufweisen, die eingerichtet sind, um eine Luftströmung über den ersten Kühlkörper zu schaffen. Die Gebläseanordnung kann innerhalb eines elastomeren Halters eingesetzt sein, der in dem ersten Kühlkörper angeordnet ist.
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In einigen Ausführungsformen kann die Inspektionsvorrichtung ferner ein zweites Gehäuse aufweisen, das mit dem ersten Gehäuse lösbar verbunden ist. Das zweite Gehäuse kann einen zweiten Kühlkörper aufweisen, der mit einer Wärme erzeugenden elektronischen Komponente (wie z.B. einer Leiterplatte) verbunden ist, und die Gebläseanordnung kann eingerichtet sein, um eine Luftströmung über sowohl den ersten als auch den zweiten Kühlkörper zu schaffen. In einigen Ausführungsformen kann das zweite Gehäuse ein längliches flexibles Einsatzwerkzeug aufweisen, das sich von dem zweiten Gehäuse aus erstreckt. Das Werkzeug kann eine Videobildgebungsvorrichtung an seiner entfernten Spitze aufweisen, die ein Videosignal auf der Benutzerschnittstelle erzeugen kann, das ein Bild eines Ziels innerhalb eines Sichtfelds des Werkzeugs repräsentiert.
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Der Sensor kann zur Verwendung als wenigstens eine(r) von einer Bildgebungsvorrichtung, einem Wirbelstromdetektor, einer Ultraschallvorrichtung, einer Röntgenvorrichtung und einem Temperaturmessgerät eingerichtet sein. Die Benutzerschnittstelle kann wenigstens eine(s) von einem Betrachtungsbildschirm, einer digitalen Messwertanzeige, einer Skop- oder Trace-Anzeige und einer Betriebssteuereinheit enthalten, um beispielsweise ein längliches, flexibles Einsatzwerkzeug zu führen. In einigen Ausführungsformen weist der Sensor eine Bildgebungsvorrichtung auf, die an einem entfernten Ende des flexiblen, länglichen Einsatzschafts angeordnet ist. Die Bildgebungsvorrichtung kann eingerichtet sein, um ein Bild eines Zielorts zu erhalten.
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In einer noch weiteren Ausführungsform kann eine Inspektionsvorrichtung ein Gehäuse, einen länglichen Einsatzschaft und eine erste und zweite Kühlkörperanordnung aufweisen. Das Gehäuse kann eine an ihm angeordnete Benutzerschnittstelle aufweisen. Der längliche Einsatzschaft kann sich von dem Gehäuse aus weg erstrecken und kann einen ihm zugeordneten Sensor aufweisen. Der Sensor kann zur Verwendung als wenigstens eine(r) von einer Bildgebungsvorrichtung, einem Wirbelstromdetektor, einer Ultraschallvorrichtung, einer Röntgenvorrichtung und einem Temperaturmessgerät eingerichtet sein, um Daten zu der Benutzerschnittstelle zu übertragen. Die erste und zweite Kühlkörperanordnung können innerhalb des Gehäuses angeordnet und so eingerichtet sein, dass Abluft von der ersten Kühlkörperanordnung über die zweite Kühlkörperanordnung verteilt wird.
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Das Gehäuse kann einen ersten und einen zweiten Gehäuseabschnitt aufweisen, die lösbar miteinander verbunden sind, wobei die erste Kühlkörperanordnung innerhalb des ersten Gehäuseabschnitts angeordnet ist und die zweite Kühlkörperanordnung innerhalb des zweiten Gehäuseabschnitts angeordnet ist. Die Benutzerschnittstelle kann wenigstens eine(s) von einem Betrachtungsbildschirm, einer digitalen Messwertanzeige, einer Skop- oder Trace-Anzeige und einer Betriebssteuereinheit enthalten, um beispielsweise ein längliches, flexibles Einsatzwerkzeug zu führen. In einigen Ausführungsformen weist die Benutzerschnittstelle einen Betrachtungsbildschirm auf, und der Sensor weist eine Bildgebungsvorrichtung auf, die an einer entfernten Spitze des länglichen Schafts angeordnet ist. Die Bildgebungsvorrichtung kann benachbart zu einem Ziel, das zu inspizieren ist, und derart angeordnet sein, um ein Bild von dem Ziel zu erhalten und zu dem Betrachtungsbildschirm zu übertragen. Der längliche Einsatzschaft kann lösbar mit dem Gehäuse verbunden sein. Die erste Kühlkörperanordnung kann eine in ihr angeordnete Gebläseanordnung aufweisen. Die Gebläseanordnung kann eine Luftströmung von der ersten Kühlkörperanordnung zu der zweiten Kühlkörperanordnung umwälzen. In einigen Ausführungsformen kann eine Gebläseanordnung innerhalb eines zentralen Abschnitts des ersten Kühlkörpers angeordnet sein. Die Gebläseanordnung kann innerhalb eines elastomeren Halters eingesetzt sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich, in den zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Endoskops;
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2 eine Seitenansicht des Endoskops aus 1, wobei ein erstes Gehäuse des Endoskops mit einem zweiten Gehäuse des Endoskops an deren nahen Abschnitten verbunden ist;
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3 eine Seitenansicht des Endoskops aus 2, bei dem die nahen Abschnitte des ersten und zweiten Gehäuses losgelöst sind;
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4 eine seitliche perspektivische Ansicht des Endoskops aus 2;
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5 eine vordere perspektivische Ansicht des Endoskops aus 4;
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6 eine partielle Explosionsansicht des ersten Gehäuses des Endoskops aus 2, die Komponenten einer Kühlkörper- und Gebläseanordnung veranschaulicht;
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7 eine vordere perspektivische Ansicht der Kühlkörper- und Gebläseanordnung der 6.
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8 eine Seitenansicht der Kühlkörper- und Gebläseanordnung der 7;
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9 eine seitliche Querschnittsansicht des Endoskops aus 1; und
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10 eine perspektivische Querschnittsansicht des Endoskops aus 9.
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Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sind nur zur Darstellung typischer Aspekte der Erfindung gedacht und sollten daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung betrachtet werden. In den Zeichnungen repräsentiert die gleiche Bezeichnung gleiche Elemente unter den Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bestimmte beispielhafte Aspekte werden nun beschrieben, um ein Gesamtverständnis der Prinzipien der hierin offenbarten Struktur, Funktion, Herstellung und Verwendung der hierin offenbarten Module, Systeme und Verfahren zu schaffen.
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Module, Systeme und Verfahren zur Kühlung von Komponenten einer elektronischen Vorrichtung sind hierin allgemein offenbart. Allgemein ist eine Kühlkörperanordnung zur Kühlung einer oder mehrerer Komponenten einer elektronischen Vorrichtung geschaffen. Die Kühlkörperanordnung kann vielfältige Konfigurationen aufweisen, und in einer Ausführungsform weist die Anordnung einen ersten Kühlkörper auf, der benachbart zu einem zweiten Kühlkörper angeordnet ist, so dass eine Abluftströmung von dem ersten Kühlkörper durch den zweiten Kühlkörper geführt wird, um dadurch eine Luftströmung durch den zweiten Kühlkörper zu schaffen. Eine derartige Konfiguration kann die Verwendung einer einzigen aktiven Kühlanordnung benachbart zu dem ersten Kühlkörper ermöglichen, ohne eine zusätzliche, unabhängige aktive oder passive Kühlanordnung benachbart zu dem zweiten Kühlkörper zu benötigen.
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Während die Kühlkörperanordnung bei vielfältigen elektronischen Vorrichtungen verwendet werden kann, kann die Kühlkörperanordnung in einigen Fällen bei Inspektions- oder Prüfvorrichtungen, wie z.B. einem tragbaren oder in handgeführten Boreskop oder Endoskop, verwendet werden. Ein Boreskop oder Endoskop kann eine Griffanordnung mit einer Anzahl elektronischer Komponenten aufweisen, die darin zum Betreiben eines Werkzeugs angeordnet sind, das eingerichtet ist, um ein oder mehrere Videobilder und/oder ein oder mehrere Standbilder von einem Ziel unter Verwendung einer Videobildgebungsvorrichtung zu erfassen und um ein Bild zu einem Betrachtungsbildschirm an der Griffanordnung zu übertragen.
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Ein Fachmann wird erkennen, dass, obwohl die Kühlkörperanordnung primär in Verbindung mit einem Videoendoskop beschrieben ist, die vorliegende Erfindung bei einer Vielzahl elektronischer Vorrichtungen, wie z.B. anderen Typen von Inspektions- oder Prüfvorrichtungen, verwendet werden kann. Einige nicht beschränkende beispielhafte Inspektions- oder Prüfvorrichtungen umfassen Bildgebungsvorrichtungen, Wirbelstromdetektoren, Ultraschallvorrichtungen, Röntgenvorrichtungen und Temperaturmessgeräte auf. Zum Zwecke der hierin enthalten Beschreibung können die vielfältigen Typen von Inspektions- oder Prüfvorrichtungen, bei denen die vorliegende Offenbarung verwendet werden kann, allgemein als Sensoren bezeichnet werden. Ein Sensor kann Daten, die für den (die) Parameter repräsentativ sind, für dessen Überwachung, Messung und/oder Prüfung er eingerichtet ist, zur Ansicht zu einer Benutzerschnittstelle übertragen. Beispielhafte Benutzerschnittstellen können Betrachtungsbildschirme, digitale Messwertanzeigen und Skop- oder Trace-Anzeigen sowie Betriebssteuereinheiten umfassen, um beispielsweise ein mit den Sensoren verbundenes längliches, flexibles Einsatzwerkzeug zu führen.
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1–3 veranschaulichen eine beispielhafte Ausführungsform eines Endoskops 10, das zwei gesonderte Gehäusekomponenten oder -module 20, 40 aufweist, die miteinander verbunden sind. Das erste Modul 20 weist allgemein einen Griff 22, eine Benutzerschnittstelle, wie sie als Betrachtungsbildschirm 24 gezeigt ist, Steuerungsvorrichtungen 26 zum Betreiben verschiedener Einrichtungen des Endoskops 10 und eine oder mehrere (nicht gezeigte) Leiterplatten und/ oder andere in ihm angeordnete Wärme erzeugende Vorrichtungen oder Komponenten auf. Das zweite Modul 40 kann fest oder lösbar mit dem ersten Modul 20 verbunden sein und weist allgemein Einrichtungen zum Betreiben eines länglichen Einsatzwerkzeugs 60 auf, das sich von ihm aus weg erstreckt, wie z.B. einen oder mehrere (nicht gezeigte) Motoren, um Steuerungskräfte zur auf eine entfernten Spitze 61 des Werkzeugs 60 auszuüben, um eine Abwinkelung zu erzielen, und eine oder mehrere (nicht gezeigte) Leiterplatten zur Steuerung des Motors/der Motoren und/oder eine LED-Anordnung zur Beleuchtung des Ortes, an dem die entfernte Spitze 61 sich befindet.
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Die Gehäuse jedes Moduls 20, 40 können vielfältige Formen und Größen aufweisen, die wenigstens teilweise von den darin gelagerten Komponenten abhängen. In der veranschaulichten Ausführungsform weist das erste Modul 20 einen entfernten Gehäuseabschnitt auf, der den Betrachtungsbildschirm 24 und die Steuerungsvorrichtungen 26 enthält. Zur Erleichterung des Ergreifens der Vorrichtung erstreckt sich der Griff 22 körpernah von dem entfernten Gehäuseabschnitt aus. Ein nahes Ende 21 des Griffs 22 kann eingerichtet sein, um sowohl mit einer Energiequelle, wie z.B. einer Batterie, als auch mit einem nahen Ende 41 des zweiten Moduls 40 verbunden zu sein. Techniken zur Kopplung an eine Energiequelle und an das zweite Modul 40 sind im Detail nachstehend beschrieben.
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Der Betrachtungsbildschirm 24 des ersten Moduls 20 kann eingerichtet sein, um vielfältige Betriebsparameter oder eine andere Rückmeldung anzuzeigen, die mit den vielfältigen Komponenten des Endoskops 10 im Zusammenhang stehen, sowie um Bilder des Zielortes anzuzeigen, die von der Videobildgebungsvorrichtung erhalten werden. Die Steuerungsvorrichtungen 26 können in der Nähe des Betrachtungsbildschirms 24 angeordnet sein und können zur Manipulation der Videobildgebungsvorrichtung sowie zur Manipulation der auf dem Betrachtungsbildschirm angezeigten Informationen verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform weisen die Steuerungsvorrichtungen 26 einen Joystick 28 zum Führen einer Videobildgebungsvorrichtung und ein Tastenfeld 30 zur Lieferung verschiedener Anweisungen an die Bildgebungsvorrichtung, den Bildschirm und/oder andere Komponenten des Endoskops 10. Der Betrachtungsbildschirm 24 und die Steuerungsvorrichtungen 26 können verallgemeinernd als Komponenten einer Benutzerschnittstelle bezeichnet werden, die entweder den Betrachtungsbildschirm und/oder die Steuerungsvorrichtungen enthalten kann. Ein Fachmann wird andere Merkmale einer Benutzerschnittstelle erkennen, die in einem Videoendoskop oder allgemeiner in einer Inspektions- oder Prüfvorrichtung vorhanden sein können. Einige nicht beschränkende Beispiele anderer Komponenten einer Benutzerschnittstelle umfassen eine digitale Messwertanzeige und eine Skop- oder Trace-Anzeige. Die darin untergebrachten Komponenten werden wenigstens teilweise von der Inspektion oder Prüfung abhängen, zu deren Verwendung die Vorrichtung eingerichtet ist.
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Eine oder mehrere Leiterplatten und zugehörige elektronische Komponenten, wie z.B. Prozessoren, können an beliebiger Stelle in dem Endoskop 10 angeordnet sein, aber in einer beispielhaften Ausführungsform ist, wie in 9 und 10 gezeigt, wenigstens ein Teil einer Leiterplatte 27 unterhalb des Betrachtungsbildschirms 24 angeordnet. Die Leiterplatte(n) und zugehörige elektronische Komponenten können einen Einchip-Computer, eine zentrale Verarbeitungseinheit oder eine äquivalente Vorrichtung aufweisen, die in der Lage ist, eine oder mehrere der elektronischen Komponenten des Endoskops zu betreiben. Beispielsweise kann in der veranschaulichten Ausführungsform eine Leiterplatte zwei Prozessorchips aufweisen und kann dabei unterstützen, die Anzeige 24 und die Steuerungsvorrichtungen 26 zu steuern. Die Leiterplatte kann auch als nicht beschränkendes Beispiel Speicherkomponenten und andere Energie- oder Wärmequellen aufweisen, die Fachleuten geläufig sind. In einer beispielhaften Ausführungsform ist wenigstens eine der Leiterplatten ein Einplatinenrechner, der gewöhnlich als SBC bezeichnet wird. In dem Maße, in dem die Leiterplatte(n) gemäß den hierin enthaltenen Offenbarungen gekühlt werden, können die Komponenten, wie z.B. Prozessoren, gekühlt werden, um ihre Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern.
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Das zweite Modul 40 kann ebenfalls vielfältige Konfigurationen aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform weist das zweite Modul 40 eine im Wesentlichen längliche Form mit einem nahen Ende 41, das mit dem ersten Modul 20 verbunden ist, und einem entfernten Ende 43 auf, das das längliche Einsatzwerkzeug 60 aufweist, das sich von diesem in die Ferne weg erstreckt. Während ein Fachmann erkennen kann, dass jede beliebige Anzahl von Instrumenten oder Werkzeugen in Verbindung mit dem Endoskop verwendet werden kann, ist in einer beispielhaften Ausführungsform das Werkzeug im Wesentlichen länglich und flexibel, und es enthält an seiner entfernten Spitze 61 eine Videobildgebungsvorrichtung, wie z.B. eine Kamera. Die Videobildgebungsvorrichtung kann eingerichtet sein, um ein Videosignal zu erzeugen, das für ein Zielbild innerhalb eines Sichtfelds der Videobildgebungsvorrichtung repräsentativ ist. Das Signal kann auf dem Betrachtungsbildschirm 24 des ersten Moduls 20 wiedergegeben werden, um für den Benutzer das Zielbild zu veranschaulichen. Die Werkzeuge können verschiedene Größen aufweisen. Beispielsweise können Videobildgebungsvorrichtungen mit Durchmessern von ungefähr 4 Millimetern, ungefähr 5 Millimetern, ungefähr 6 Millimetern, ungefähr 7 Millimetern und ungefähr 8 Millimetern in Verbindung mit dem zweiten Modul 40 verwendet werden.
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Wie vorstehend bemerkt, kann das zweite Modul 40 mit dem ersten Modul 20 lösbar passend gekoppelt sein. Während verschiedene Kopplungstechniken verwendet werden können, ist in einer Ausführungsform eine (in 6 gezeigte) Drehstange 36 mit einer Montageplatte 34 an dem ersten Modul 20 (oder direkt mit dem Gehäuse des ersten Moduls 20) verbunden, und die Drehstange 36 ist eingerichtet, um das zweite Modul 40 an ihren äußeren Enden aufzunehmen. Infolgedessen können, wie in 2 und 3 gezeigt, das erste und das zweite Modul 20, 40 zueinander schwenkbar montiert sein, wobei die Drehstange 36 als eine Drehachse dient, um die herum sich wenigstens eines der Module 20, 40 dreht. Das Endoskop 10 kann sich somit zwischen einer in 2 gezeigten angehängten Anordnung, bei der das nahe Ende 41 des zweiten Moduls 40 mit dem nahen Ende 21 des ersten Moduls 20 gekoppelt ist, und einer in 3 gezeigten losgelösten Anordnung bewegen, bei der die nahen Enden 21, 41 des ersten und zweiten Moduls 20, 40 losgelöst sind, während das zweite Modul von dem ersten Modul 20 in einer Richtung A weg schwenkt. Die nahen Enden 21, 41 des ersten und zweiten Moduls 20, 40 können komplementäre zusammenpassende Kopplungsmerkmale 39, 59 zu Kopplungszwecken in der angehängten Anordnung, wie sie in 3 gezeigt ist, aufweisen. Ein Fachmann wird erkennen, dass das erste Modul 20 mit vielfältigen zweiten Modulen austauschbar verwendet werden kann, die verschiedene Konfigurationen und verschiedene Größen und zugehörige Werkzeuge aufweisen.
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Es ist eine Kühlkörperanordnung vorgesehen, die einen ersten Kühlkörper aufweist, der benachbart zu einem zweiten Kühlkörper angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine Abluftströmung aus dem ersten Kühlkörper durch den zweiten Kühlkörper geleitet wird. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, eine einzige Kühlanordnung, wie z.B. eine Gebläseanordnung, für beide Kühlkörper zu verwenden. 4 und 5 veranschaulichen eine beispielhafte Ausführungsform einer solchen Kühlkörperanordnung. Wie gezeigt, weist das erste Modul 20 einen ersten Kühlkörper 70 an seinem entfernten Ende 23 auf, und das zweite Modul 40 weist einen zweiten Kühlkörper 90 an seinem entfernten Ende 43 auf, der unmittelbar benachbart zu dem ersten Kühlkörper 70 angeordnet und mit diesem ausgerichtet ist. In einigen Ausführungsformen, wie derjenigen, die veranschaulicht ist, kann das entfernteste Ende des ersten Kühlkörpers 70 weiter entfernt als das entfernteste Ende des zweiten Kühlkörpers 90 angeordnet sein.
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Während die Kühlkörper 70, 90 verschiedene Konfigurationen aufweisen können, weisen beide Kühlkörper 70, 90 in der veranschaulichten Ausführungsform eine Basis 72, 92 und eine Anordnung von parallelen Rippen 74, 94 auf, die mit der Basis 72, 92 verbunden sind. Die Rippen 74 des ersten Kühlkörpers 70 können mit den Rippen 94 des zweiten Kühlkörpers 90 vertikal ausgerichtet sein, um, wie nachstehend detaillierter beschrieben, eine Luftströmung von einem Kühlkörper zu dem anderen zu fördern. Zusätzlich können Streben 76 an jeder Seite des ersten Kühlkörpers 70 gebildet werden, um einen Luftführungstrichter zu erzeugen, der die Luftströmung, wie durch den Pfeil B in 4, 9 und 10 gezeigt, von dem ersten Kühlkörper 70 zu dem zweiten Kühlkörper 90 leitet. Die Form des Bodenabschnitts des Gehäuses des ersten Moduls 20 kann so sein, dass dieses die Luftströmung vertikal hinunter zu dem zweiten Kühlkörper 90 kanalisiert oder trichterförmig leitet. Die auf den Trichterbodenabschnitt des Gehäuses des ersten Moduls 20 auftreffende Luftströmung kühlt auch direkt das erste Modulgehäuse und/oder die darin befindlichen Komponenten.
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Die Kühlkörper 70, 90 schaffen einen direkten Leitungsweg zwischen den elektronischen Komponenten des zu kühlenden Endoskops (z.B. Leiterplatten, Videobildschirm 24, Motoren und LED-Leuchte) und einem umgebenden, kühlerem Medium (z.B. Luft). Durch die Abführung von Wärme über die Abschnitte der Kühlkörper 70, 90 kann die Leistung und Zuverlässigkeit zugehöriger elektronischer Komponenten verbessert werden. Die Rippen 74, 94 der Kühlkörper 70, 90 schaffen einen zusätzlichen Oberflächenbereich, über den thermische Energie abgeführt werden kann. In einigen Ausführungsformen kann der erste Kühlkörper 70 derart montiert sein, dass er in direkter Verbindung mit der Leiterplatte/den Leiterplatten des ersten Moduls 20 steht, und der zweiten Kühlkörper 90 kann derart montiert sein, dass er mit einer Leiterplatte des zweiten Moduls 40 und/oder seinen anderen Wärme erzeugenden Komponenten in direkter Verbindung steht. In anderen Ausführungsformen kann eine thermische Verbindungskomponente, die eingerichtet ist, um Wärmeenergie zu übertragen, zwischen dem jeweiligen Kühlkörper und einer Leiterplatte und/oder anderen Wärme erzeugenden Komponenten angeordnet sein.
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Wie in 4 und 5 gezeigt, kann der zweite Kühlkörper 90 benachbart zu dem und unterhalb des ersten Kühlkörpers 70 angeordnet sein. Die Lage dem zweiten Kühlkörpers 90 kann derart sein, dass dieser optimal die Luftströmung von dem ersten Kühlkörper 70 aufnimmt, um dabei zu unterstützen, Wärmeenergie von dem zweiten Kühlkörper an die Umgebungsluft zu übertragen. Wie gezeigt, ist die optimale Konfiguration eingerichtet, indem vorgesehen wird, dass die Rippen 94 des zweiten Kühlkörpers 90 in Bezug auf die Rippen 74 des ersten Kühlkörpers 70 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind. In anderen Ausführungsformen können die Rippen 94 des zweiten Kühlkörpers 90 in Bezug auf die Rippen 74 des ersten Kühlkörpers 70 derart versetzt sein, dass die Rippen 74 mit Zwischenräumen zwischen den Rippen 94 des zweiten Kühlkörpers 90 in Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.
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Die Größe, Form, Anzahl der Rippen, des Zwischenraums zwischen den Rippen und die für die Herstellung der Kühlkörper 70, 90 verwendeten Materialien können wenigstens teilweise von den anderen Komponenten des Endoskops und der gewünschten Kühlmenge abhängen. Im Allgemeinen beträgt die gewünschte Leitfähigkeit der Kühlkörper 70, 90 im Bereich von ungefähr 50 Watt pro Meter pro Kelvin bis ungefähr 500 Watt pro Meter pro Kelvin. Beispielhafte Materialien zur Verwendung bei der Herstellung eines der oder beider Kühlkörper 70, 90 können, als ein nicht beschränkendes Beispiel, Aluminium, Kupfer, Graphit, Magnesium und deren Zusammensetzungen und Verbundwerkstoffe aufweisen. In einigen Ausführungsformen können beide Kühlkörper aus demselben Material hergestellt sein, das dieselbe ungefähre Leitfähigkeit aufweist, während in anderen Ausführungsformen der erste Kühlkörper 70 eine höhere Leitfähigkeit als der zweite Kühlkörper 90 aufweisen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der erste Kühlkörper 70 aus Aluminium hergestellt und weist eine Leitfähigkeit von ungefähr 150 Watt pro Meter pro Kelvin auf, während der zweite Kühlkörper 90 aus Magnesium hergestellt ist und eine Leitfähigkeit von ungefähr 72 Watt pro Meter pro Kelvin aufweist. Zusätzlich kann eine beliebige Anzahl von den Fachleuten bekannten Techniken verwendet werden, um die Kühlkörper 70, 90 innerhalb des ersten bzw. zweiten Moduls 20 bzw. 40 zu positionieren. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Kühlkörper 70, 90 in den Gehäusen des ersten und zweiten Moduls 20 bzw. 40 integral ausgebildet.
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Wie in 6–8 gezeigt, kann der erste Kühlkörper 70 ferner eine in ihm ausgebildete zentrale Öffnung 78 aufweisen. Die zentrale Öffnung 78 kann den ersten Kühlkörper 70 in einen entfernten Abschnitt 75 der Rippen und einen nahen Abschnitt 77 der Rippen unterteilen, und die zentrale Öffnung 78 kann eingerichtet sein, um darin eine Gebläseanordnung 80 aufzunehmen. Während die Form der sich ergebenden Abschnitte 75, 77 der Rippenanordnung variieren kann, weist in der gezeigten Ausführungsform der entfernte Abschnitt 75 eine im Wesentlichen dreieckige Gestalt auf, wobei eine Basis der im Wesentlichen dreieckigen Gestalt näher an dem Betrachtungsbildschirm 24 ist als eine Spitze der im Wesentlichen dreieckigen Gestalt, und der nahe Abschnitt 77 weist eine im Wesentlichen dreieckige Gestalt auf, wobei seine Spitze näher an dem Betrachtungsbildschirm 24 liegt als eine Basis der im Wesentlichen dreieckigen Gestalt.
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Die Gebläseanordnung 80, die in der zentralen Öffnung 78 des ersten Kühlkörpers 70 angeordnet ist, ist eingerichtet, um Luft aus einer zu dem Kühlkörper 70 externen Umgebung durch den entfernten Abschnitt 75 einzuziehen und die erwärmte Luft aus dem Kühlkörper 70 ungefähr durch den nahen Abschnitt 77 auszustoßen, um dabei zu unterstützen, die Luft über den Kühlkörper 70 und aus dem Endoskop 10 heraus zu bewegen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird Luft an dem entferntesten Abschnitt der Rippen 74 (z.B. an einem Lufteinlass) angesaugt, und die Luft strömt an einem Abschnitt der Rippen 74, der sich nach unten gerichtet erstreckt (z.B. an einem Luftauslass) in Richtung des zweiten Kühlkörper 90 aus. Die Luft kann auch aus dem ersten Kühlkörper 70 an einem körpernächsten Ende in das erste Modul 20 ausströmen, um eine direkte Kühlung der darin angeordneten Komponenten zu schaffen. Die Gebläseanordnung 80 kann vielfältige Konfigurationen aufweisen, aber in der gezeigten Ausführungsform weist sie ein Paar Axialgebläse 82 auf, die sich entlang der Länge der Rippenanordnung 74 erstrecken. Wie gezeigt, können die Axialgebläse 82 in der zentralen Öffnung 78 unter Verwendung eines Paars elastomerer Halter oder Dämpferhalter 84, die an gegenüber liegenden Seiten des Gebläses 82 angeordnet sind, montiert sein. Zusätzlich kann eine Abdeckplatte 86 unter den Gebläsen 82 angeordnet sein, und die Halter 84 und/oder die Gebläse 82 können mit der Abdeckplatte 86 verbunden sein. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann in anderen Ausführungsformen eine Gebläseanordnung an jeder beliebigen Stelle in dem zweiten Kühlkörper 90 angeordnet sein, einschließlich in einer zentralen Öffnung, falls eine solche Öffnung ausgebildet ist.
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Eine Geschwindigkeit der Gebläse 82 kann gesteuert werden, um die Kühlung und den Energieverbrauch des Endoskops 10 weiter zu optimieren. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Gebläsegeschwindigkeit auf der Basis verschiedener an vielfältigen Orten des ersten und zweiten Moduls 20, 40 abgelesener Echtzeittemperaturmesswerte gesteuert werden. Ein oder mehrere (nicht gezeigte) Temperatursensoren können an einer oder mehreren Stellen in dem ersten und zweiten Modul 20, 40 vorgesehen sein, und dann kann das Endoskop 10 programmiert sein, um die Geschwindigkeit der Gebläse 82 zu verändern, um eine gewünschte Temperatur an der (den) bestimmten Stelle(n) zu erreichen. Infolgedessen kann die Gebläsegeschwindigkeit verringert werden, wenn eine gewünschte Temperatur an einer oder mehreren Stellen erreicht ist, was wiederum ermöglicht, Energie zu sparen und die Batterielebensdauer zu verlängern. Entsprechend kann in den Fällen, in denen die Umgebungstemperatur niedriger ist, oder in den Fällen, in denen von der (den) Leiterplatte(n) und anderen elektronischen Komponenten des Endoskops weniger Wärme erzeugt wird, die Gebläsegeschwindigkeit reduziert und Energie eingespart werden.
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Im Einsatz kann ein Endoskop 10 unter Verwendung vieler gleicher, den Fachleuten bekannter, Techniken betrieben werden, die die Verwendung von Steuerungsvorrichtungen und zugehöriger Motoren umfassen können, um das Endoskop 10 abzuwinkeln und zu einer gewünschten Betrachtungsstelle zu manövrieren, und dann den Bereich von der Anzeige 24 aus auf der Basis eines von einer Betrachtungsvorrichtung an der entfernten Spitze 61 des Werkzeugs 60 übertragenen Signals zu betrachten. Wenn das Endoskop 10 fortlaufend verwendet wird, können die darin angeordneten elektronischen Komponenten Wärme erzeugen, und wenn sie nicht ordentlich gekühlt werden, können sie weniger effizient, weniger exakt und weniger zuverlässig arbeiten und/oder die maximale Betriebstemperatur des Endoskops verringern.
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Da die Komponenten des Endoskops 10 während ihrer Verwendung Wärme erzeugen, kann die Wärmeenergie aus den Komponenten durch Ableitung von Wärmeenergie von den Komponenten zu den Kühlkörpern 70, 90 und dann von den Kühlkörpern 70, 90 an die Umgebung, wie z.B. Luft, bewältigt werden. Die Energieübertragung von den Komponenten zu den Kühlkörpern 70, 90 kann z.B. durch eine direkte Verbindung zwischen ihnen oder mittels einer oder mehrerer zwischen ihnen angebrachter thermischer Schnittstellenkomponenten erfolgen. Während die Wärmeenergie von den Komponenten zu den Kühlkörper 70, 90 strömt, werden die Komponenten gekühlt, so dass zusätzliche Wärmeenergie aufgenommen werden kann. In ähnlicher Weise werden dann, wenn die Wärmeenergie von den Kühlkörpern 70, 90 zu der äußeren Umgebung strömt, die Kühlkörper 70, 90 gekühlt, so dass zusätzliche Wärmeenergie aufgenommen werden kann. Wenn die Kühlkörper 70, 90 sich erwärmen, überschreitet die über die Kühlkörper 70, 90 übertragene Wärmemenge im Allgemeinen die Menge an Wärmeenergie, die in die Umgebung abgeleitet wird. Ein Fachmann wird erkennen, dass im stationären Betriebszustand die Menge an Wärme, die in die Kühlkörper 70, 90 eintritt und über diese übertragen wird, ungefähr gleich der Menge an Wärme ist, die in die Umgebung abgegeben wird, während beim Kühlen die Menge an Wärme, die in die Kühlkörper 70, 90 eintritt, geringer als diejenige ist, die abgegeben wird. Ein Betrieb der Gebläseanordnung 80 kann jedoch helfen, die Menge und Geschwindigkeit, bei der Wärmeenergie von den Kühlkörpern 70, 90 an die Außenumgebung abgegeben wird, zu verbessern.
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Wie in 9 und 10 gezeigt, kann die Luft durch die Gebläseanordnung 80 in die erste Rippenanordnung 74 angesaugt werden und kann dann, wie durch den Pfeil C gezeigt, in die zweite Rippenanordnung 94 ausgestoßen werden. Insbesondere können die Gebläse 82 der Gebläseanordnung 80 rotieren, um Luft in die erste Rippenanordnung 74 durch einen entfernten Abschnitt 75 der Anordnung 74 hindurch einzuziehen. Die Luft wird dann in Richtung der Gebläse 82 angesaugt, bevor sie aus den Gebläsen 82 als Abluft ausgeblasen wird. Die Abluft kann aus einem nahen Ende des nahen Abschnitts 77 der Rippen 74, d.h. in Richtung der Leiterplatte(n) und anderer Komponenten des ersten Kühlkörpers 70, wie durch einen Pfeil D gezeigt, ausgeblasen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird, wie durch den Pfeil C veranschaulicht, die Abluft aus einem unteren Abschnitt des nahen Abschnitts 77 der ersten Rippenanordnung 74 und über die Oberseite und/oder die Vorderseite der zweiten Rippenanordnung 94 des zweiten Kühlkörpers 90 ausgeblasen. Nachdem sie durch wenigstens einen Abschnitt der zweiten Rippenanordnung 94 geströmt ist, kann die Luft aus dem Endoskop 10 an die äußere Umgebung ausgestoßen werden.
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Die hierin beschriebenen speziellen Konfigurationen ermöglichen einer einzigen Gebläseanordnung, die zentral in einem Kühlkörper angeordnet ist, zu helfen, Komponenten zu kühlen, die zu zwei separaten Modulen gehören: dem ersten Handset-Modul 20 und dem zweiten Einsatzinstrumenten-Modul 40. Die verstärkte Luftströmung über die Kühlkörper 70, 90 der beiden Module 20, 40 führt zu einem höheren konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten und hat dadurch eine effizientere Wärmeübertragung und niedrigere Temperaturen der Module 20, 40 zur Folge. Ein Fachmann wird erkennen, dass ein höherer konvektiver Wärmeübergangskoeffizient zu einer verbesserten Leistung der dem ersten und dem zweiten Modul 20, 40 zugehörigen Betriebskomponenten des Endoskops 10 führt, die ansonsten im Einsatz heißer, weniger effizient und weniger genau werden würden. Insbesondere wird wegen der hierin offenbarten Anordnung die Abluft, die typischerweise von dem ersten Kühlkörper 70 an eine äußere Umgebung abgegeben würde, stattdessen verwendet um zu helfen, das zweite Modul und dessen Komponenten zu kühlen.
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Neben des verbesserten Leistungsverhaltens der Komponenten des ersten und zweiten Moduls 20, 40 des Endoskops 10 können die offenbarten Module, Systeme und Verfahren die Größe und somit das Gewicht der ihnen zugeordneten Kühlkörper 70, 90, insbesondere für den zweiten Kühlkörper 90 verringern, da dieser ansonsten nicht ohne die Hinzunahme eines zweites Satzes von Gebläsen gekühlt werden würde. Zusätzlich kann das Endoskop 10 einfacher von einem Bediener gehandhabt werden, weil es kühler und gewichtsmäßig leichter ist. Fachleute bezeichnen dies als eine verbesserte Berührungstemperatur.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, einschließlich beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie Strukturelemente enthalten, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
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Es sind Module, Systeme und Verfahren zum Kühlen von Inspektions- oder Prüfvorrichtungen, wie z.B. eines Endoskops, geschaffen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen weisen die Module zwei Kühlkörper auf, wobei der oberste Kühlkörper eine Gebläseanordnung aufweist, die auf ihm ungefähr mittig angeordnet ist. Die Gebläseanordnung kann betrieben werden, um Luft in den obersten Kühlkörper einzuziehen und dann die Luftströmung aus dem obersten Kühlkörper auszustoßen, so dass die Abluft über wenigstens einen Abschnitt des zweiten Kühlkörpers strömt um zu helfen, sowohl den ersten als auch den zweiten Kühlkörper und Komponenten der damit verbundenen Vorrichtung unter Verwendung derselben Gebläseanordnung zu kühlen. Im Ergebnis können die Komponenten der Vorrichtung einfacher gekühlt werden, und die Leistung und Effizienz dieser Komponenten wird verbessert, währen gleichzeitig die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht der Inspektionsvorrichtung reduziert werden. Bezugszeichenliste:
| Nummer | Teilebezeichnung |
| 10 | Endoskop |
| 20 | Erstes Modul, Handset-Modul |
| 21 | Nahes Ende |
| 22 | Griff |
| 23 | Entferntes Ende |
| 24 | Anzeige, Betrachtungsbildschirm |
| 26 | Steuerungsvorrichtungen |
| 27 | Leiterplatte |
| 28 | Joystick |
| 30 | Tastenfeld |
| 34 | Montageplatte |
| 36 | Drehstange |
| 39 | Komplementäre Kopplungsmerkmale |
| 40 | Einsatzinstrumentenmodul, zweites Modul |
| 41 | Nahes Ende |
| 43 | Entferntes Ende |
| 59 | Komplementäre Kopplungsmerkmale |
| 60 | Längliches Einsatzwerkzeug |
| 61 | Entfernte Spitze |
| 70 | Erster Kühlkörper |
| 72 | Basis |
| 74 | Erste Rippenanordnung |
| 75 | Entfernter Abschnitt |
| 76 | Streben |
| 77 | Naher Abschnitt |
| 78 | Zentrale Öffnung |
| 80 | Gebläseanordnung |
| 82 | Axialgebläse |
| 84 | Halter |
| 86 | Deckplatte |
| 90 | Zweiter Kühlkörper |
| 92 | Basis |
| 94 | Zweite Rippenanordnung |