DE102006044469A1

DE102006044469A1 - Einrichtung zur vibrationsfreien Lagerung einer Spindel in einem Stativ eines Operationsmikroskops

Info

Publication number: DE102006044469A1
Application number: DE102006044469A
Authority: DE
Inventors: Andrzej Metelski
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: US20080058109A1; US7839584B2; DE102006044469B4

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Lagerung einer Antriebswelle mit einem Antriebsmotor beschrieben, bei der über die Antriebswelle ein Schlitten angetrieben wird. Der Antriebsmotor ist als Schrittmotor (1) ausgebildet und die Antriebswelle (6) wird über einen Elastomerdämpfer (3) mit dem Schlitten (8; 9) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur vibrationsfreien Lagerung einer Antriebswelle, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Stative eines Operationsmikroskops haben die Aufgabe, die Mikroskope einerseits sicher zu halten und andererseits für eine ausbalancierte Positionierung des Operationsmikroskops zu sorgen. Diese Ausbalancierung wird in der Regel durch verschiebbare Ausgleichsgewichte erreicht, so dass trotz veränderbarer Lasten das Mikroskop leicht im Raum positionierbar ist.
Aus der DE 43 20 443 A1 ist ein Stativ für ein Operationsmikroskop bekannt, dass zum Gewichtsausgleich verschiebbare Gewichte verwendet. Ferner ist in dieser Druckschrift eine motorische X-Y-Positioniereinheit dargestellt, die am Stativ angeordnet ist und das Operationsmikroskop trägt. Die motorische X-Y-Positioniereinheit weist zwei Schlitten auf, die über einen DC-Motor und ein Getriebe bewegbar ausgebildet sind. Diese X-Y-Positioniereinheit wird in dieser Druckschrift offenbar dazu verwendet, um eine automatische Feinbalancierung des Operationsmikroskops durchzuführen.
Eine derartige X-Y-Positioniereinheit lässt sich bei einem ausbalancierten Mikroskop bzw. Stativ auch dazu verwenden, dass Operationsmikroskop über der Operationsstelle in X- und Y-Richtung zu bewegen, um so einen anderen Bildausschnitt während der Operation einzustellen.
Die bisherige Lösung sieht für die derartige Verstellung einer X-Y-Positioniereinheit DC-Motoren mit Encoder und Getriebe vor. Diese Lösungen haben sich als gut funktionierend gezeigt, sind jedoch durch die vielen Bauteile sehr aufwendig und entsprechend groß dimensioniert. Hinzu kommt, dass die Getriebe Geräusche verursachen, die über sogenannte Körperschalldämpfer reduziert wurden. Eine Vorrichtung zum Befestigen eines Körperschall übertragenden Bauelements ist in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2005 014 376 dargestellt und beschrieben.
Die bisherigen Versuche, die DC-Motoren mit separatem Getriebe und Encoder durch einfach aufgebaute Schrittmotoren mit integrierter Spindel bzw. Antriebswelle zu ersetzen, scheiterten daran, dass die Einzelschritte der Motoren zu einer ruckartigen Bewegung im Bild führte. Ruckartige Bewegungen im Bild sind jedoch für einen Operateur nicht akzeptabel. Die ruckartige Bewegung bewirkt außerdem ein Aufschwingen der bewegten Masse, folglich eine Anregung des Systems, insbesondere des Mikroskops. Bei einem Gewicht von ca. 15 kg beginnt das Mikroskop langsam an zu schwingen und es entsteht für den Operateur ein instabiles Bild. Auch nach dem Abschalten des Schrittmotors schwingt das Mikroskop weiter. In der Praxis hat sich dies als unbrauchbar herausgestellt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verwendung von Schrittmotoren mit Antriebswelle zu ermöglichen und dabei die geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebswelle des Schrittmotors mit dem Schlitten über mindestens einen Elastomerdämpfer verbunden ist. Damit wird erreicht, dass zwischen der Antriebswelle und dem Schlitten keine direkte Verbindung besteht und Vibrationen und andere Störungen über die technische Feder bzw. den Elastomerdämpfer abgebaut werden.
Durch die Bewegung des Motors, d.h. bei jedem einzelnen Schritt, erfolgt eine ruckartige Bewegung der Antriebswelle und somit auch der Schlittens. Ohne den Elastomerdämpfer werden diese ruckartigen Bewegungen als Impuls auf das Gehäuse bzw. Mikroskop übertragen. Mit dem Elastomerdämpfer werden diese Impulse vom Dämpfer aufgenommen und absorbiert. Es findet somit keine Impulsübertragung auf den Schlitten statt und ein Schwingen des Schlittens bzw. des Mikroskops wird verhindert.
Ein Elastomerdämpfer mit den geschilderten Eigenschaften wird beispielsweise von der Firma Getzner Werkstoffe, Bürs/Bludenz, Österreich vertrieben.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der Schlitten einen Flansch auf, in dem der Elastomerdämpfer bewegbar angeordnet ist, so dass mögliche Ausschläge der Antriebswelle bzw. der Spindel durch ein Verschieben des Elastomerdämpfers im Flansch ausgeglichen werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Elastomerdämpfer als Scheibe ausgebildet, die mittig eine Bohrung für die Antriebswelle aufweist. Dadurch wird ein sicherer Halt der Antriebswelle im Elastomerdämpfer sicher gestellt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere, nebeneinander angeordnete Elastomerdämpfer vorgesehen um die dämpfenden Eigenschaften zu erhöhen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schrittmotor mit der Antriebswelle und dem Elastomerlager als Antrieb für ein Zoomsystem im Operationsmikroskop vorgesehen, um bei einer Änderung der Vergrößerung durch die Verstellung des Zooms keine Vibrationen auf das Stativ bzw. das Operationsmikroskop zu übertragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schrittmotor mit der Antriebswelle und dem Elastomerlager als Antrieb in einer X-Y-Verstelleinheit für das Operationsmikroskop angeordnet, um so eine vibrationsfreie Verstellung des Mikroskops über der Operationsstelle auch während der Operation zu gewährleisten.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schrittmotor direkt mit einer Spindel ausgestattet, so dass ein zusätzliches Getriebe entfällt.
In den Zeichnungen ist die Erfindung schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren in zwei Ausführungsbeispielen nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 Ansicht eines X-Y-Schlitten mit Schrittmotoren
2 Anordnung der Schrittmotore im Schlitten
3 Schnittdarstellung des Schrittmotors mit Flansch
4 Stativ mit Operationsmikroskop und X-Y-Verstelleinrichtung
5 Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels
Die 1 zeigt eine Ansicht der X-Y-Verstelleinheit 7 mit einem Rahmen 11. Am Rahmen 11 ist eine Linearführung 10 angeordnet, an der ein in X-Richtung bewegbarer Schlitten 8 befestigt ist. Auf der anderen Seite des Rahmens 11 ist in äquivalenter Art und Weise ein in Y-Richtung bewegbarer Schlitten 9 angeordnet. Den Schlitten 8, 9 ist jeweils eine Aufnahme 18 für einen nicht mit dargestellten Stativarm eines Operationsmikroskops zugeordnet.
Zum Antrieb des Schlittens 9 ist ein Schrittmotor 1 mit einer als Spindel 6 ausgebildeten Antriebswelle vorgesehen. Der Schrittmotor 1 ist mit einem Aufnahmeflansch 12 verbunden. Der Aufnahmeflansch 12 ist am Rahmen 11 befestigt.
Die 2 zeigt eine Ansicht der X-Y-Verstelleinheit 7 mit dem feststehenden Rahmen 11 und den Schrittmotoren 1 für den hier nicht mit dargestellten Schlitten 8 und den Schlitten 9. Der Schrittmotor 1 ist mit dem Anschlussflansch 12 verbunden.
Die Spindel 6 des Schrittmotors 1 ist in einer Spindelführung 13 gehalten, die mit einem Flansch 2 als Antrieb für den Schlitten verbunden ist. Eine Drehung der Spindel 6 durch den Schrittmotor 1 wird so in eine Linearbewegung des Schlittens umgesetzt.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch die Spindelführung 13 mit dem Flansch 2 in dem der Elastomerdämpfer 3 über einen Flansch 2a gehalten ist. Der Elastomerdämpfer 3 ist zwischen zwei Scheiben 14 derart geklemmt angeordnet, dass sich eine Vorspannung für den Elastomerdämpfer 3 von mindestens 6 % seines Volumens ergibt. Die Spindel 6 des Schrittmotors 1 ist durch eine Bohrung 4 im Elastomerdämpfer 3 und die beiden Scheiben 14 geführt und am Ende mit einer Mutter 5 und einer Hülse 20 versehen. Über die Mutter 5, die Hülse 20 und die beiden Scheiben 14 erfolgt die Klemmung des Elastomerdämpfers 3.
Die 4 zeigt schematisch ein Stativ 15 mit einem Ausgleichsgewicht 16 und einem Operationsmikroskop 17, welches über die X-Y-Verstelleinheit 7 am Stativ befestigt ist. Über die X-Y-Verstelleinheit 7 lässt der Bildausschnitt des Operationsmikroskop 17 verändern.
Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spindelführung 13 mit zwei parallel zueinander angeordneten Elastomerdämpfern 3, die zwischen dem Flansch 2 und den beiden Scheiben 14 eingespannt sind. Dazu ist der Spindel 6 die Mutter 5 zugeordnet, so dass durch Anziehen der Mutter 5 eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Elastomerdämpfern 3 und dem Flansch 2 erzeugt wird. Dabei werden beide Elastomerdämpfer 3 um mindestens 6 % des Ausgangsvolumens zusammengedrückt. Der Flansch 2 weist mittig eine Bohrung 19 zur Durchführung der Spindel 6 auf und ist direkt mit dem Schlitten 8 verbunden. Beide Elastomerdämpfer werden mit

1: Schrittmotor
2: Flansch
2a: Flansch
3: Elastomerdämpfer
4: Bohrung
5: Mutter
6: Antriebswelle; Spindel
7: X-Y-Verstelleinheit
8: Schlitten
9: Schlitten
10: Linearführung
11: Rahmen
12: Aufnahmeflansch
13: Spindelführung
14: Scheibe
15: Stativ
16: Ausgleichsgewicht
17: Operationsmikroskop
18: Aufnahme
19: Bohrung
20: Hülse

Claims

Einrichtung zur Lagerung einer Antriebswelle mit einem Antriebsmotors, wobei über die Antriebswelle ein Schlitten angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor als Schrittmotor (1) ausgebildet ist und die Antriebswelle (6) über mindestens einen Elastomerdämpfer (3) mit dem Schlitten (8; 9) verbunden ist.
Einrichtung zur Lagerung einer Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (8; 9) einen Flansch (2) aufweist, in dem der Elastomerdämpfer (3) bewegbar angeordnet ist.
Einrichtung zur Lagerung einer Antriebswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerdämpfer (3) eine Bohrung (4) für die Antriebswelle (6) aufweist.
Einrichtung zur Lagerung einer Antriebswelle nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerdämpfer (3) als Scheibe ausgebildet ist.
Einrichtung zur Lagerung einer Antriebswelle nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, nebeneinander angeordnete Elastomerdämpfer (3) vorgesehen sind.
Einrichtung zur Lagerung einer Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (8; 9) dem Zoomsystem eines Operationsmikroskops (17) zugeordnet ist.
Einrichtung zur Lagerung einer Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (8; 9) einer X-Y-Verstelleinheit (7) des Operationsmikroskops (17) mit Stativ (15) zugeordnet ist.
Einrichtung zur Lagerung eines Antriebswelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elastomerdämpfer (3) über mindestens zwei Scheiben (14) kraftschlüssig mit dem Flansch (2) verbunden sind.
Einrichtung zur Lagerung eines Antriebswelle nach mindestens einem dem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle Spindel (6) ausgebildet ist.
Einrichtung zur Lagerung eines Antriebswelle nach mindestens einem dem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elastomerdämpfer (3) über eine Vorspannung von mindestens 6 % seines Ausgangsvolumens montiert ist.