DE202010017255U1 - Endoscopic instrument with a heating for the end window - Google Patents
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Abstract
Endoskopisches Instrument, mit einem Beobachtungsschaft (12, 54, 62), dessen distales Ende (14) durch ein transparentes Fenster (16, 66, 86) hermetisch zur Außenseite hin abgeschlossen ist, und mit einer Heizung (30) zum Erwärmen des Fensters (16, 66, 86), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (30) eine auf das Fenster (16, 66, 86) aufgebrachte, transparente, elektrisch leitende Filmschicht (32, 68, 92) aufweist.Endoscopic instrument with an observation shaft (12, 54, 62), the distal end (14) of which is hermetically sealed off from the outside by a transparent window (16, 66, 86), and with a heater (30) for heating the window ( 16, 66, 86), characterized in that the heater (30) has a transparent, electrically conductive film layer (32, 68, 92) applied to the window (16, 66, 86).
Description
Die Erfindung betrifft ein endoskopisches Instrument mit einem Beobachtungsschaft, dessen distales Ende durch ein transparentes Fenster hermetisch zur Außenseite hin abgeschlossen ist, und mit einer Heizung zum Erwärmen des Fensters.The invention relates to an endoscopic instrument with an observation shaft, whose distal end is hermetically sealed to the outside through a transparent window, and with a heater for heating the window.
Derartige endoskopische Instrumente sind weitverbreitet und dienen insbesondere der minimalinvasiven Chirurgie.Such endoscopic instruments are widely used and are used in particular for minimally invasive surgery.
Durch den Beobachtungsschaft hindurch kann eine visuelle Beobachtung beispielsweise im Innern eines Körpers durchgeführt werden, in das das endoskopische Instrument eingeführt ist.Through the viewing shaft, a visual observation can be made, for example, inside a body into which the endoscopic instrument is inserted.
Dabei sind zahlreiche Ausführungsformen für die unterschiedlichsten Beobachtungszwecke bekannt.Numerous embodiments for a variety of observation purposes are known.
Bei starren Endoskopen ist im Inneren des Beobachtungsschafts üblicherweise ein Glaslinsensystem aufgenommen, insbesondere Stablinsen bei einer sogenannten HOPKINS-Optik. Durch diese Optik wird ein am distalen Ende zu beobachtendes Bild zum proximalen Ende des endoskopischen Instrumentes übertragen. Die Beobachtung am proximalen Ende selbst kann beispielsweise über das menschliche Auge, insbesondere über ein Okular erfolgen.In the case of rigid endoscopes, a glass lens system is usually accommodated in the interior of the observation shaft, in particular rod lenses in what is known as a HOPKINS optic. Through this optics, an image to be observed at the distal end is transmitted to the proximal end of the endoscopic instrument. The observation at the proximal end itself can take place, for example, via the human eye, in particular via an eyepiece.
Es kann auch eine Kamera an das proximale Ende angeschlossen sein, die das Bild beispielsweise auf einen Monitor überträgt.It can also be a camera connected to the proximal end, which transmits the image, for example, to a monitor.
Bei flexiblen Endoskopen ist meist im distalen Endbereich des Beobachtungsschafts ein Chip, beispielsweise ein CCD-Chip vorhanden, der das einfallende Bild, sprich also das Licht, in elektrische Signale umsetzt, die dann zum proximalen Ende geleitet werden.In flexible endoscopes, a chip, for example a CCD chip, is usually present in the distal end region of the observation shaft, which converts the incident image, that is to say the light, into electrical signals, which are then conducted to the proximal end.
Es sind weitere Instrumente, wie beispielsweise Laryngoskopspatel bekannt, die zur Inspektion des hinteren Rachenraums dienen.Other instruments, such as laryngoscope blades, are known for inspection of the posterior pharyngeal space.
Bei all diesen endoskopischen Instrumenten muss das distale Ende des Beobachtungsschaftes zur Außenseite hermetisch abgeschlossen sein. Dies deswegen, da dieses Ende in das zu beobachtende Objekt eingeschoben wird und dort mit allfälligen Kontaminationen in Berührung tritt. Diese Kontaminationen können Körperflüssigkeiten, Blut, Wundsekrete oder Sonstiges sein. Bei der Reinigung des Instrumentes, insbesondere beim Autoklavieren, soll keine Feuchtigkeit in die Optik im Beobachtungsschaft gelangen.In all of these endoscopic instruments, the distal end of the viewing shaft must be hermetically sealed to the outside. This is because this end is inserted into the object to be observed and there comes into contact with any contamination. These contaminants may be body fluids, blood, wound secretions or others. When cleaning the instrument, especially when autoclaving, no moisture should get into the optics in the observation shaft.
Dazu ist es üblich geworden, das distale Ende des Beobachtungsschafts durch ein transparentes Fenster abzuschließen. Das Fenster, meist in Form einer Glasscheibe, wird über dessen umfängliche Umfangskante mit der Innenfläche des distalen Endbereiches des Beobachtungsschaftes verbunden.For this purpose, it has become customary to complete the distal end of the observation shaft through a transparent window. The window, usually in the form of a glass pane, is connected via its peripheral peripheral edge to the inner surface of the distal end region of the observation shaft.
Diese Verbindung kann über eine Klebeverbindung, insbesondere durch aushärtende Kitte, erfolgen oder über ein Lötmaterial, beispielsweise Zinnlot oder Goldlot.This connection can take place via an adhesive bond, in particular by hardening putties, or via a soldering material, for example tin solder or gold solder.
Die Lötverbindungen haben sich als besonders widerstandsfähig und als auf Dauer dichtende Materialien erwiesen.The solder joints have proven to be particularly resistant and durable sealing materials.
Da die minimalinvasive Chirurgie sich weit verbreitet hat, sind solche endoskopische Instrumente sehr oft im Einsatz, manchmal mehrfach an einem Tage und müssen dazwischen Reinigungs-, Sterilisier- und insbesondere Autoklaviervorgängen unterzogen werden, die erhebliche thermische und mechanische Belastungen darstellen. Beim sogenannten Blitzautoklavieren werden die Instrumente auf Temperaturen von 165°C erwärmt und dann abgekühlt.Since minimally invasive surgery has become widespread, such endoscopic instruments are very often in use, sometimes several times a day, and must undergo cleaning, sterilizing and, in particular, autoclaving processes in between, which represent considerable thermal and mechanical stresses. In so-called flash autoclaving, the instruments are heated to temperatures of 165 ° C and then cooled.
Bei dem praktischen Einsatz werden die endoskopischen Instrumente für einen minimalinvasiven Eingriff bereitgelegt. Die Temperaturen, die an diesen Stellen vorherrschen, sind üblicherweise Raumtemperatur oder in manchen Operationssälen gegenüber der Raumtemperatur abgesenkte Temperaturen.In practical use, the endoscopic instruments are prepared for a minimally invasive procedure. The temperatures prevailing at these locations are usually room temperature or, in some operating rooms, lower than room temperature.
Wird nunmehr ein endoskopisches Instrument in einen Körper eingeschoben, der üblicherweise eine Temperatur im Bereich von 37°C aufweist, beobachtet man, dass die distal äußere Fläche des Fensters beschlägt. Da im Inneren des Körpers auch eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit herrscht, erfolgt ein erheblicher Niederschlag, durch den die Sicht stark eingeschränkt wird.Now, when an endoscopic instrument is inserted into a body, which usually has a temperature in the range of 37 ° C, it is observed that the distal outer surface of the window fogs. Since the inside of the body also has a relatively high humidity, there is considerable rainfall, which severely limits visibility.
Es wurden Versuche unternommen, derartige endoskopische Instrumente vor dem Eingriff auf Körpertemperatur zu erwärmen, beispielsweise durch Einschlagen in Heizdecken oder Einstecken in Behältnisse mit einer entsprechend erwärmten Flüssigkeit, dabei treten aber erhebliche hygienische Probleme auf.Attempts have been made to heat such endoscopic instruments to body temperature prior to surgery, for example, by wrapping in electric blankets or plugging into containers with a suitably heated liquid, but there are significant hygienic problems.
Daher wurden Heizungssysteme entwickelt, um das Endoskopfenster von der Innenseite des Schaftes her zu erwärmen.Therefore, heating systems have been developed to heat the endoscope window from the inside of the shaft.
Aus der
Dadurch ist der Licht- oder Bildeintrittsquerschnitt des Fensters verringert.As a result, the light or image entry cross-section of the window is reduced.
Weiterhin nachteilig ist, dass die Heizung einen relativ großen Bauraum im Innern des distalen Endbereiches des Beobachtungsschaftes belegt und somit den eigentlich möglichen Beobachtungsquerschnitt erheblich reduziert.Another disadvantage is that the heater occupies a relatively large space in the interior of the distal end portion of the observation shaft and thus significantly reduces the actual possible observation cross-section.
Wenn man bedenkt, dass die Durchmesser von Endoskopschäften im Bereich von einigen Millimetern liegen, ist einleuchtend, dass der Bauraum ohnehin schon knapp bemessen ist, und eine Einschränkung durch einen Heizring samt Andrückvorrichtung ungünstig ist.If one considers that the diameters of endoscope shafts are in the range of a few millimeters, it is obvious that the space is already tight anyway, and a restriction by a heating ring with pressing device is unfavorable.
In der
Beim Betrieb eines solchen endoskopischen Instruments wurde festgestellt, dass im Innern des Endoskops sich Wärme entwickelt, die zur Aufheizung des Innenraums führt und zwar über die Körpertemperatur hinaus, beispielsweise auf 40°C.In the operation of such an endoscopic instrument, it has been found that heat is generated inside the endoscope, which leads to the heating of the interior and beyond the body temperature, for example, to 40 ° C.
Somit wurde ein Temperaturgradient zwischen dem transparenten Fenster, das durch den Körper bereits auf etwa 37°C erwärmt worden ist und dem auf ca. 40°C erwärmten Innenraum des Endoskopes festgestellt. Dadurch kann es nach einer gewissen Betriebszeit vorkommen, dass sich im Innenraum des Endoskops vorhandene Feuchtigkeit auf der Innenseite des Fensters niederschlägt. Daher wird eine Heizung vorgesehen, die an der langen Basisseite des Umlenkprismas flächig angebracht ist. Über diese Heizung wird zunächst das Prisma erwärmt, dieses leitet dann die Wärme an die optischen Elemente bis zum Fenster weiter, so dass letztendlich auch das Fenster erwärmt wird.Thus, a temperature gradient between the transparent window, which has already been heated by the body to about 37 ° C and the heated to about 40 ° C interior of the endoscope was detected. As a result, after a certain period of operation, moisture that is present in the interior of the endoscope can be deposited on the inside of the window. Therefore, a heater is provided, which is mounted flat on the long base side of the Umlenkprismas. The prism is first heated by means of this heater, this then forwards the heat to the optical elements up to the window, so that ultimately the window is also heated.
Diese Heizung ist sehr energieaufwendig und passt gerade für solche Konstruktionen mit einem Umlenkprisma. Bei Endoskopen, bei denen quasi der gesamte frei zur Verfügung stehende Innenraum des Beobachtungsschaftes durch die Optik belegt ist, kann eine solche Heizung nicht eingesetzt werden kann.This heater is very energy-intensive and fits just for such constructions with a deflection prism. In endoscopes, where virtually all of the freely available interior of the observation shaft is occupied by the optics, such a heater can not be used.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizung dahingehend weiter zu entwickeln, dass diese das Fenster effektiv erwärmt, ohne dabei großen Bauraum zu benötigen.It is therefore an object of the present invention to develop a heater to the effect that this effectively heats the window, without requiring a large amount of space.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Heizung eine auf das Fenster aufgebrachte, transparente, elektrisch leitende Filmschicht aufweist.According to the invention the object is achieved in that the heater has a applied to the window, transparent, electrically conductive film layer.
Durch Vorsehen einer elektrisch leitenden Filmschicht, die das transparente Fenster bedeckt, kann dieses gleichmäßig und effektiv erwärmt werden. Dadurch, dass die Filmschicht auch transparent ist, beeinträchtigt sie nicht den Lichtpfad durch das Fenster hindurch, was insbesondere bei Endoskopen mit relativ geringem Schaftquerschnitt äußerst günstig und effektiv ist. Die notwendige Kontaktierung und Stromzuführung kann im Inneren des Endoskopes erfolgen, ohne dass dazu großer Bauraum belegt werden muss. Durch Ausbildung als Schicht haftet diese auf dem Fenster, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen wie Andrückvorrichtungen oder dergleichen ergriffen werden müssen. Dies ist insbesondere bei einer Rundumbeschichtung der Fall.By providing an electrically conductive film layer covering the transparent window, it can be uniformly and effectively heated. Because the film layer is also transparent, it does not affect the light path through the window, which is extremely favorable and effective, especially in the case of endoscopes with a relatively small shaft cross-section. The necessary contact and power supply can be done inside the endoscope, without having to be occupied large space. By training as a layer, this adheres to the window, so that no additional measures such as pressure devices or the like must be taken. This is the case in particular in the case of a circular coating.
Durch unmittelbare Beschichtung des Fensters kann ein optimaler Wärmeübergang erzielt werden, so dass schon geringe Heizleistungen ausreichen, um das Fenster beispielsweise auf Körpertemperatur zu erwärmen.By direct coating of the window, an optimal heat transfer can be achieved, so that even low heat outputs are sufficient to heat the window, for example, to body temperature.
Die Materialien zur Ausbildung der Filmschicht müssen einen gewissen Ohmschen Widerstand zeigen, der bei Stromfluss zu Wärme führt, die dann unmittelbar zur Erwärmung des Fensters herangezogen werden kann.The materials for forming the film layer must show a certain ohmic resistance, which leads to heat flow of current, which can then be used directly to heat the window.
Bei kleinen Endoskopen reichen somit schon geringe Heizleistungen aus, um diesen Erwärmvorgang sicherzustellen. Dadurch kann auch mit relativ dünnen Filmschichten gearbeitet werden, was der Transparenz und somit der Lichtausbeute des durch das Fenster hindurchtretenden Lichts zuträglich ist. Die Schichtdicke kann beispielsweise bei 15–300 nm liegen.For small endoscopes thus already low heating power sufficient to ensure this heating process. As a result, it is also possible to work with relatively thin film layers, which contributes to the transparency and thus the luminous efficacy of the light passing through the window. The layer thickness can be, for example, 15-300 nm.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Filmschicht auf die distal äußere Seite des Fensters aufgebracht.In one embodiment of the invention, the film layer is applied to the distal outer side of the window.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Heizung genau an der kritischen Stelle angebracht ist, an der die Kondensationsvorgänge stattfinden, nämlich an der Außenseite des Fensters. D. h., man kann mit äußerst geringen Heizleistungen auskommen, die sicherstellen, dass zumindest der distal äußere Bereich des Fensters auf Körpertemperatur erwärmt wird, so dass kein Beschlagen mehr auftreten kann.This measure has the advantage that the heater is mounted precisely at the critical point at which the condensation processes take place, namely on the outside of the window. That is, you can get along with extremely low heat outputs, which ensure that at least the distal outer portion of the window is heated to body temperature, so that no fogging can occur.
In einer Ausgestaltung dieser Variante ist die Filmschicht über eine Umfangskante des Fensters verlaufend, nach proximal geführt und steht dort mit Kontakten in Verbindung. In one embodiment of this variant, the film layer is extending over a peripheral edge of the window, guided proximally and communicates there with contacts.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Filmschicht quasi über die gesamte äußere distale Endfläche aufgebracht werden kann und zur Kontaktierung über die Umfangskante nach proximal in den Innenraum des Endoskopes weitergeführt ist. Dies stellt eine besonders effektive raum- und bauteilesparende Ausgestaltung der Heizung dar.This measure has the advantage that the film layer can be applied virtually over the entire outer distal end surface and is continued to contact via the peripheral edge to the proximal end in the interior of the endoscope. This represents a particularly effective space and component-saving design of the heating.
In einer weiteren Ausgestaltung dieser Variante ist die Filmschicht durch eine transparente isolierende Schutzschicht bedeckt.In a further embodiment of this variant, the film layer is covered by a transparent insulating protective layer.
Diese Maßnahme hat nun mehrere Vorteile. Durch Ausbildung als isolierende Schicht ist kein Stromübertritt von der Heizung in den Körper möglich. Bei operativen Eingriffen können mehrere medizinische Geräte eingesetzt werden, die bei Manipulationen sich insbesondere im distalen Endbereich treffen können. Da die meisten Schäfte von starren Endoskopen aus metallischen Materialien bestehen, könnten somit Stromübertritte stattfinden, was durch die isolierende Schutzschicht nunmehr ausgeschlossen ist.This measure now has several advantages. By forming an insulating layer, no passage of current from the heater into the body is possible. For surgical interventions, several medical devices can be used, which can meet during manipulation, especially in the distal end. Since most shafts of rigid endoscopes are made of metallic materials, thus current transitions could take place, which is now excluded by the insulating protective layer.
Die äußere Schutzschicht stellt zugleich auch einen mechanischen Schutz des Fensters und insbesondere einen mechanischen Schutz der darauf aufgebrachten Filmschicht dar, so dass diese vor Beschädigungen bei der Handhabung geschützt sind. Die isolierende Schutzschicht kann, insbesondere den nach proximal über die Umfangskante geführten Bereich der leitenden Filmschicht gegenüber einer metallischen Lötschicht bzw. gegen den aus Metall hergestellten Beobachtungsschaft isolieren. Die Schichtdicke dieser Schutzschicht kann im Bereich von 50 nm–20 μm liegen.At the same time, the outer protective layer also provides mechanical protection of the window and, in particular, mechanical protection of the film layer applied thereto, so that these are protected against damage during handling. The insulating protective layer can, in particular, isolate the region of the conductive film layer guided proximally over the peripheral edge in relation to a metallic solder layer or against the observation shaft made of metal. The layer thickness of this protective layer can be in the range of 50 nm-20 μm.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht die transparente isolierende Schutzschicht aus Quarzglas oder Saphirglas.In a further embodiment, the transparent insulating protective layer consists of quartz glass or sapphire glass.
Diese Materialien zeigen zum einen eine hervorragende Transparenz, und sind zum anderen extrem hart und insbesondere sehr kratzfest. Quarzglas auf Basis von Siliciumdioxid oder Saphirglas auf Basis von Aluminiumoxid steht von den Glasherstellern zur Verfügung.On the one hand, these materials show excellent transparency, on the other hand they are extremely hard and in particular very scratch-resistant. Silica based on silica or sapphire glass based on alumina is available from the glass manufacturers.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dann das Fenster, das üblicherweise auch aus Glas besteht, aus kostengünstigeren Glasmaterialien, z. B. einfachen Borgläsern hergestellt werden kann, die weniger kratzfest sind.Another advantage is that then the window, which usually also consists of glass, from cheaper glass materials, eg. B. simple boron glasses can be produced, which are less scratch resistant.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Filmschicht auf der inneren Seite des Fensters aufgebracht.In a further embodiment of the invention, the film layer is applied to the inner side of the window.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass aufgrund der Anbringung der Filmschicht an der inneren Seite diese Filmschicht vor äußeren Einwirkungen durch das Fenster selbst geschützt ist. Hier muss dann die Heizleistung so gewählt sein, dass sichergestellt ist, dass durch die auf der Innenseite des Fensters aufgebrachte Filmschicht die Außenseite des Fensters soweit erwärmt werden kann, dass kein Beschlagen erfolgt.This measure has the advantage that due to the attachment of the film layer on the inner side of this film layer is protected from external influences through the window itself. Here then the heating power must be chosen so that it is ensured that the outside of the window can be heated to such an extent by the film layer applied on the inside of the window that no fogging takes place.
Konstruktiv gesehen ist dann die Kontaktierung einfacher, da ja direkt von dem freien zur Verfügung stehenden Innenraum die Kontaktierung an der innenliegenden Seite des Fensters bewerkstelligt werden kann.From a structural point of view, the contacting is easier, since the contacting on the inner side of the window can be accomplished directly from the free available interior space.
Diese Variante wird dann zu bevorzugen sein, wenn dünne Fenster vorhanden sind und das distale Ende des Beobachtungsschafts weniger mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Dies kann beispielsweise bei Geräten sein, bei denen der Beobachtungsschaft von anderen Schäften und Kanälen umgeben ist, und das äußerste distale Ende des Beobachtungsschaftes ggf. etwas zurückgesetzt ist.This variant will be preferable if thin windows are present and the distal end of the observation shaft is subjected to less mechanical stress. This can be, for example, in devices in which the observation shaft is surrounded by other shafts and channels, and the outermost distal end of the observation shaft is possibly set back slightly.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Filmschicht aus transparenten leitfähigen Oxiden, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinn dotiertem Indiumoxid (ITO), fluoriertem Zinnoxid (FTO), Antimon dotiertem Zinnoxid (ATO), Aluminium dotiertem Zinkoxid (AZO), Delafossiten, z. B. CuAlO2, CuCrO2, CuAlxCr1-xO2.In a further embodiment of the invention, the film layer consists of transparent conductive oxides, in particular selected from the group consisting of tin-doped indium oxide (ITO), fluorinated tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), aluminum doped zinc oxide (AZO), delafossites, z. B. CuAlO 2 , CuCrO 2 , CuAl x Cr 1-x O 2 .
Diese oxidischen Materialien zeichnen sich durch eine extreme Härte, eine hohe Transparenz und eine gute Leitfähigkeit aus.These oxidic materials are characterized by extreme hardness, high transparency and good conductivity.
Diese Oxide sind auch extrem temperaturbeständig. Sie können daher durch Aufdampfverfahren (PVD, CVD) aufgebracht werden.These oxides are also extremely temperature resistant. They can therefore be applied by vapor deposition (PVD, CVD).
Dies hat ferner den Vorteil, dass ein mit diesen Oxiden beschichtetes Fenster problemlos mit hochschmelzenden Loten, beispielsweise Zinnlot, Schmelztemperatur > 220°C oder Goldlot, Schmelztemperatur > 280°C in den Beobachtungsschaft eingelötet werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Filmschicht durch diese hohen Temperaturen beeinträchtigt wird.This also has the advantage that a coated with these oxides window can be easily soldered with high melting solders, such as tin solder, melting temperature> 220 ° C or gold solder, melting temperature> 280 ° C in the observation shaft without the risk that the film layer is affected by these high temperatures.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Filmschicht aus transparenten leitfähigen Polymeren, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT); Poly-(styrolsulfonat) (PSS); Poly(4,4-dioctylcyclopentadithiophen).In a further embodiment of the invention, the film layer consists of transparent conductive polymers, in particular selected from the group consisting of poly (3,4-) ethylenedioxythiophene) (PEDOT); Poly (styrenesulfonate) (PSS); Poly (4,4-dioctylcyclopentadithiophen).
Diese leitfähigen Polymere weisen eine ausreichende Leitfähigkeit auf, um als Heizmaterial verwendet zu werden und sind beispielsweise auch durch Nass- oder Tampondruckverfahren auf das Fenster aufzubringen.These conductive polymers have sufficient conductivity to be used as heating material and are applied to the window by wet or pad printing, for example.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Filmschicht aus transparenten leitfähigen Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT) oder aus Graphen.In a further embodiment of the invention, the film layer consists of transparent conductive carbon nanotubes (CNT) or graphene.
Diese Materialien, die im Wesentlichen aus reinem Kohlenstoff bestehen, weisen eine hervorragende Leitfähigkeit und eine extrem hohe Temperaturbeständigkeit auf.These materials, which consist essentially of pure carbon, have excellent conductivity and extremely high temperature resistance.
In den Nanoröhrchen herrschen dreidimensional verzweigte Kohlenstoffgitter vor, die sehr nahe an der Diamantgitterstruktur liegen. Bei Graphen liegen überwiegend zweidimensionale hexagonale Kohlenstoffkristalle vor, die zwischen den Schichten eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit zeigen.The nanotubes have three-dimensionally branched carbon lattices that are very close to the diamond lattice structure. Graphene is dominated by two-dimensional hexagonal carbon crystals, which show very good electrical conductivity between the layers.
Die zuvor genannten Materialien können über gängige Verfahren in Form von Filmen aufgebracht werden. Diese Verfahren sind beispielsweise Sol-Gel-Prozesse, physikalische (PVD) oder chemische (CVD) Aufdampfverfahren oder sie können auch aufgedruckt werden, z. B. durch einen sogenannten Tampondruck.The aforementioned materials can be applied by conventional methods in the form of films. These methods are, for example, sol-gel processes, physical (PVD) or chemical (CVD) vapor deposition methods, or they can also be printed, e.g. B. by a so-called pad printing.
Die Geometrie der Schicht wird so ausgestaltet, dass beispielsweise bei einer Heizung an der Außenseite des Fensters die Filmschicht so ausgelegt ist, dass sie gleichzeitig als durchführende Zuleitung für die Konnektierung an der Innenseite des Fensters dient, um die Stromversorgung der Heizung zu gestalten.The geometry of the layer is designed so that, for example, in a heating on the outside of the window, the film layer is designed so that it also serves as a leading lead for Konnektierung on the inside of the window to make the power supply to the heater.
Diese Geometrie kann beim Beschichten des Fensters durch entsprechende Maskierung geschaffen werden, oder es kann die Schicht nach einem Beschichtungsprozess teilweise wieder entfernt werden.This geometry can be created by coating the window by appropriate masking, or the layer can be partially removed after a coating process.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sensor vorgesehen, der die Temperatur des Fensters erfasst.In a further embodiment of the invention, a sensor is provided which detects the temperature of the window.
Dieser Sensor erlaubt nunmehr die Wirkung der Heizung zu verfolgen und entsprechend zu steuern.This sensor now allows to track the effect of the heater and to control accordingly.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor Teil eines elektrischen Regelkreises zur Steuerung der Temperatur des Fensters.In a further embodiment of the invention, the sensor is part of an electrical control circuit for controlling the temperature of the window.
Es kann ein aktiver Regelkreis bewerkstelligt werden, der in Abhängigkeit der von dem Sensor erfassten Temperatur die Heizmenge regelt. Dadurch ist eine besonders effektive Erwärmung durchzuführen.It can be accomplished an active control loop, which regulates the amount of heating in dependence on the temperature detected by the sensor. This is a particularly effective heating to perform.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der genannten Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in said combination, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to some selected embodiments in conjunction with the accompanying drawings and explained. Show it:
Ein in den
Das Instrument
Das Fenster
An der inneren Seite
Wie aus
Das durch den Beobachtungsschaft
Wie insbesondere aus
Zurückkehrend zu
Dadurch wird erzielt, wie das insbesondere aus
Die Abdeckung
Die hermetisch zur Außenseite abdichtende Verbindung zwischen dem Fenster
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Lötnaht aus einem Goldlot mit einem Schmelzpunkt von etwa 280°C.In the illustrated embodiment, the soldered seam consists of a gold solder with a melting point of about 280 ° C.
Die Filmschicht
Wie eingangs erwähnt stehen zahlreiche oxidische leitfähige Materialien, sogenannte TCO (Transparent Conductive Oxides) zur Verfügung, die über unterschiedliche Verfahren auf Oberflächen, beispielsweise einer Glasoberfläche aufgebracht werden können. Diese Verfahren sind entweder physikalisch oder chemische Aufdampfverfahren oder der zuvor erwähnte Tampondruck.As mentioned above, numerous oxide conductive materials, so-called TCO (Transparent Conductive Oxides) are available, which can be applied by different methods on surfaces, such as a glass surface. These methods are either physical or chemical vapor deposition or the aforementioned pad printing.
Derartige metallische Oxide weisen extrem hohe Schmelztemperaturen auf und sind daher besonders geeignet, bei Lötvorgängen verwendet zu werden, beispielsweise mit Zinnlot (Schmelztemperatur über 220°C) oder Goldlot (Schmelztemperatur über 280°C).Such metallic oxides have extremely high melting temperatures and are therefore particularly suitable for use in soldering operations, for example with tin solder (melting temperature above 220 ° C.) or gold solder (melting temperature above 280 ° C.).
So beträgt beispielsweise die Schmelztemperatur von ITO 2000°C, ATO ca. 1000°C, FTO ca. 1000°C und AZO ca. 500°C.For example, the melting temperature of ITO is 2000 ° C, ATO is about 1000 ° C, FTO is about 1000 ° C and AZO is about 500 ° C.
Gleiches gilt auch für die eingangs erwähnten Kohlenstoffnanoröhren (CNT = Carbone Nano Tubes) oder den Graphen, die Schmelztemperaturen im Bereich von 1900°C aufweisen.The same applies to the carbon nanotubes mentioned at the beginning (CNT = Carbone Nano Tubes) or the graphene, which have melting temperatures in the region of 1900 ° C.
Wird das in
Die Abdeckung
Die Filmschicht
Das Saphirglasmaterial der Abdeckung
Aus
Dieser Sensor
Bei dem in
Auch hier ist wieder das Fenster
Diese Ausführung ohne Abdeckung kann in solchen Fällen eingesetzt werden, wenn ein Stromübertritt von der Filmschicht
Bei dem in
Das distale Ende des Beobachtungsschaftes
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die innenliegende Seite
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Innern des Beobachtungsschaftes
Aus
Diese Variante kann dann herangezogen werden, wenn trotz der Anbringung der Filmschicht
Hier stellt sich das Problem von elektrischen Stromübertritten nicht, da die Filmschicht
Diese Variante kann dann zum Einsatz kommen, wenn das Fenster
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 7445637 B2 [0022] US 7445637 B2 [0022]
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