DE10314156B9

DE10314156B9 - Schwenkhalterungsanordnung und Verfahren zum Steuern einer solchen

Info

Publication number: DE10314156B9
Application number: DE10314156A
Authority: DE
Inventors: Heinz Abramowsky; Roland Brenner; Günter Grubauer; Manfred Heymann; Hartmut Gärtner
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: DE10314156B3

Abstract

Schwenkhalterungsanordnung, umfassend:
– eine Schwenkbasis (3; 3a);
– einen an der Schwenkbasis (3; 3a) um eine Horizontalachse (7; 7a) schwenkbar angelenkten Schwenkarm (5; 5a);
– ein erstes Kraftgerät (31; 31a) zur Bereitstellung einer Haltekraft zwischen einem ersten und einem zweiten Wirkende (32, 33; 32a, 33a) desselben, wobei das erste Wirkende (33; 33a) an dem Schwenkarm (5; 5a) an einem ersten Anlenkort (45) angreift, der mit einem ersten Abstand von der Horizontalachse (7; 7a) angeordnet ist und das zweite Wirkende (32; 32a) an der Schwenkbasis (3; 3a) an einem zweiten Anlenkort (43; 43a) angreift, welcher von dem ersten Anlenkort (45), gesehen in Projektion auf eine Vertikale (z), mit einem zweiten Abstand angeordnet ist; und
– einen Verlagerungsmechanismus (37, 39; 37a, 39a) zum Verlagern des zweiten Anlenkorts (43; 43a) an der Schwenkbasis (3; 3a) in Richtung der Vertikalen (z)
gekennzeichnet durch
– einen von einem Benutzer...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwenkhalterungsanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 3 und ein Verfahren zum Steuern einer solchen. Die Schwenkhalterungsanordnung ist insbesondere einsetzbar in Stativen zur Halterung einer Last, wie beispielsweise Lampen, Bildschirmen oder anderen Geräten, wie insbesondere Operationsmikroskopen, welche höhenveränderbar bereitzustellen sind.
Stand der Technik
Die herkömmliche Schwenkhalterungsanordnung umfaßt eine Schwenkbasis und einen an der Schwenkbasis um eine Horizontalachse schwenkbar angelenkten Schwenkarm, an welchem die Last anbringbar ist. Die Last übt über den Schwenkarm auf die Schwenkachse ein Drehmoment aus. Die Schwenkhalterungsanordnung stellt ein der Last entsprechendes Gegendrehmoment bereit, so daß schließlich im Idealfall auf den Schwenkarm kein effektives Drehmoment wirkt, so daß, dieser in einer von einem Benutzer eingestellten Stellung verharrt. Hierbei soll eine Änderung der Schwenkstellung des Schwenkarms relativ zu der Schwenkbasis einfach und unter Überwindung von lediglich geringen Reibungskräften möglich sein.
Bei einer aus US 6,070,839 A bekannten Schwenkhalterungsanordnung wird ein solches Gegendrehmoment durch ein Kraftgerät aufgebracht, welches einerseits an der Schwenkbasis und andererseits an dem Schwenkarm jeweils mit Abstand von der Horizontalachse angreift, wobei der entsprechende Anlenkort an der Schwenkbasis mittels einer handbetätigten Spindel in Vertikalrichtung verlagerbar ist.
Durch Betätigen der Spindel ist es dann beispielsweise möglich, das Gegendrehmoment zu erhöhen, wenn ein Gewicht der an dem Schwenkarm angebrachten Last zugenommen hat.
Aus US 6,528,796 82 ist eine Schwenkhalterungsanordnung mit einem Kraftgerät bekannt, welches sich einerseits an einem Schwenkarm und andererseits an einer Schwenkbasis abstützt.
Diese bekannte Schwenkhalterungsanordnung weist den Nachteil auf, daß ein von dem Kraftgerät bereitgestellte Gegendrehmoment nicht in jeder Schwenkstellung des Schwenkarms geeignet ist, auch bei jeweils gleicher Last das von der Last ausgeübte Drehmoment im wesentlichen vollständig zu kompensieren.
Entsprechend ist das von dem Kraftgerät erzeugte Gegendrehmoment stellungsabhängig, und es muß entweder die Reibungskraft, welche ein Verschwenken des Schwenkarms bei geringem Drehmoment verhindert, unerwünscht erhöht werden, oder es muß der Benutzer in einer jeden Schwenkstellung durch ein als zu aufwändig empfundenes Einstellverfahren eine möglichst gute Kompensierung der Drehmomente herstellen. Erschwerend ist hierbei, daß er seine bei einer bestimmten Last gewonnene Erfahrung zur Kompensierung der Drehmomente dann nicht mehr optimal einbringen kann, wenn sich das Gewicht der Last geändert hat, da dann wesentlich andere Anlenkorte für das Kraftgerät an der Schwenkbasis einzustellen sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwenkhalterungsanordnung mit einer Schwenkbasis und einem an der Schwenkbasis angelenkten Schwenkarm vorzuschlagen, wobei die Schwenkhalterungsanordnung in der Lage ist, bei einer Abweichung vom Gleichgewichtszustand des Schwenkarms diesen selbsttätig wieder in einen Gleichgewichtszustand zu bringen.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwenkhalterungsanordnung mit einer Schwenkbasis und einem an der Schwenkbasis angelenkten Schwenkarm vorzuschlagen, bei welcher es einfach möglich ist, eine Kompensation der von der Last ausgeübten Drehmomente im wesentlichen unabhängig von der Schwenkstellung des Schwenkarms zu erreichen.
Ferner ist es insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Schwenkhalterungsanordnung vorzuschlagen, bei welcher eine Änderung der Schwenkstellung des Schwenkarms relativ zu der Schwenkbasis möglich ist, ohne daß ein Benutzer mit der Hand auf den Schwenkarm oder/und die Last eine erhöhte Schwenkkraft ausüben muß.
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen.
Die Lösung der o. g. Aufgabe hinsichtlich der Schwenkhalterungsanordnung, erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3.
Die Verfahrungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 19.
Die Erfindung geht hierbei aus von einer Schwenkhalterungsanordnung, welche folgendes umfaßt: eine Schwenkbasis; einen an der Schwenk basis um eine Horizontalachse schwenkbar angelenkten Schwenkarm; ein erstes Kraftgerät zur Bereitstellung einer Haltekraft zwischen einem ersten und einem zweiten Wirkende desselben, wobei das erste Wirkende an dem Schwenkarm an einem ersten Anlenkort angreift, der mit einem ersten Abstand von der Horizontalachse angeordnet ist, und das zweite Wirkende an der Schwenkbasis an einem zweiten Anlenkort angreift, welcher von dem ersten Anlenkort, gesehen in Projektion auf eine Vertikale, mit einem zweiten Abstand angeordnet ist, und einen Verlagerungsmechanismus zum Verlagern des zweiten Anlenkorts an der Schwenkbasis in Richtung der Vertikalen.
Unter einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß die Schwenkhalterungsanordnung einen Bewegungswunschsensor aufweist, welcher vom Benutzer betätigbar ist. Der Bewegungswunschsensor kann beispielsweise ein mechanischer Schalter sein, den der Benutzer betätigt, um seinen Bewegungswunsch, das heißt ein Verschwenken des Schwenkarms nach oben oder nach unten, einem Steuersystem der Schwenkhalterungsanordnung mitzuteilen. Es ist jedoch auch möglich, hiervon gänzlich verschiedene Bewegungswunschsensoren vorzusehen, wie beispielsweise einen Fußschalter oder ein Sprachanalysesystem, dem der Benutzer seinen Bewegungswunsch durch gesprochene Befehle mitteilen kann.
Der Bewegungswunschsensor kann allerdings auch eine Wägevorrichtung umfassen, welche zwischen der von dem Schwenkarm zu tragenden Last und dem Schwenkarm angeordnet ist. Damit kann der Benutzer von oben auf die Last drücken, was intuitiv dem aktiven Verschwenken des Arms nach unten entspricht, und somit einen Bewegungswunsch zur Verschwenkung des Schwenkarms nach unten ausdrückt. Ein Anheben der Last ist ein entsprechend umgekehrter Bewegungswunsch zur Einleitung einer Verschwenkung des Schwenkarms nach oben.
Das Steuersystem steuert dann einen Antrieb zur Verlagerung des Anlenkortes an, mit welchem das Kraftgerät zur Kompensierung des Drehmoments an der Schwenkbasis angelenkt ist. Dies führt zunächst zu einer Änderung des von dem Kraftgerät bereitgestellten Gegendrehmoments, so daß das durch die Last und auch das Eigengewicht des Schwenkarms erzeugte Drehmoment nicht mehr im wesentlichen vollständig kompensiert ist. Hierauf setzt eine Verschwenkung des Schwenkarms ein, wodurch der Bewegungswunsch des Benutzers umgesetzt wird.
Die Erfinder haben nämlich erkannt, daß die Verlagerung des Anlenkorts an der Schwenkbasis ein Mittel ist, um eine Änderung der Schwenkstellung des Schwenkarms herbeizuführen, so daß hierzu nicht etwa ein separater Schwenkarmantrieb notwendig ist.
Unter einem zweiten Aspekt der Erfindung ist entsprechend Anspruch 3 vorgesehen, daß die Schwenkhalterungsanordnung einen Bewegungssensor umfaßt, welcher eine Änderung der Schwenkstellung des Schwenkarmes relativ zu der Schwenkbasis registrieren kann.
Ein Steuersystem spricht auf ein von dem Bewegungssensor ausgegebenes Bewegungssignal an und steuert dann einen Antrieb zur Verlagerung des Anlenkorts des Kraftgeräts an der Schwenkbasis derart an, daß die Schwenkbewegung des Schwenkarms reduziert wird. Hierdurch ist es möglich, eine im wesentlichen vollständige Kompensierung der auf den Schwenkarm wirkenden Drehmomente für den Benutzer schnell und einfach zu erreichen, und zwar unabhängig davon, in welcher Schwenkstellung der Schwenkarm relativ zu der Schwenkbasis gerade steht, und auch unabhängig von einer Größe der Last, welche an dem Schwenkarm angebracht ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 3 ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 sowie 4 bis 18.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend Anspruch 4 ist ein weiteres Kraftgerät vorgesehen, welches ansteuerbar ist, um die von dem zwischen der Schwenkbasis und dem Schwenkarm angelenkten Kraftgerät bereitgestellte Haltekraft zu ändern. Damit kann dieses erste Kraftgerät ein "passives" Kraftgerät, wie beispielsweise eine Federanordnung oder auch ein Gegengewicht oder dergleichen sein, dessen Kraft durch ein von dem Steuersystem in Abhängigkeit von Sensorsignalen ansteuerbares zweites Kraftgerät ergänzt wird.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist entsprechend Anspruch 19 ein Verfahren zum Steuern der Schwenkhalterungsanordnung vorgesehen, wobei dieses zwei verschiedene Betriebsmodi ausübt
Ein erster Betriebsmodus wird dann ausgeübt, wenn ein Bewegungswunsch des Benutzers vorliegt bzw. registriert wurde, wobei dann der Verlagerungsmechanismus der Schwenkhalterungsanordnung derart betätigt wird, daß die gewünschte Bewegung des Schwenkarms herbeigeführt wird.
In einem zweiten Betriebsmodus, welcher dann ausgeführt wird, wenn ein Bewegungswunsch des Benutzers nicht vorliegt bzw. registriert wurde, wird das zweite Kraftgerät derart angesteuert, daß der Schwenkarm in einer momentanen Schwenkpo sition im wesentlichen verbleibt, und es wird sodann der Antrieb zur Verlagerung des Anlenkpunkts des ersten. Kraftgeräts an der Schwenkbasis derart angesteuert, daß eine von dem zweiten Kraftgerät hierzu bereitzustellende Haltekraft einen Sollwert von insbesondere Null einnimmt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 19 ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 20 bis 22.
Das zweite Kraftgerät umfaßt entsprechend Anspruch 1 vorzugsweise einen Motor, wie etwa einen Linearmotor oder/und einen Drehantrieb.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend Anspruch 10 und 12 ist vorgesehen, daß der Anlenkort des ersten Kraftgeräts an dem Schwenkarm durch eine Rolle bereitgestellt ist, welche drehbar an dem Schwenkarm gelagert ist. An der Rolle liegt ein Seil an, dessen eines Ende gegebenenenfalls über zwischengeschaltete mechanische Komponenten an dem Anlenkort des ersten Kraftgeräts an der Schwenkbasis festgelegt ist, und dessen anderes Ende, gegebenenfalls über Zwischenschaltung weiterer mechanischer Komponenten, mit einer Federanordnung, Gasfeder oder dergleichen zur Erzeugung der von dem ersten Kraftgerät bereitgestellten Haltekraft gekoppelt ist. Die Rolle und das Seil sind Komponenten des ersten Kraftgeräts.
Die Rolle ist allerdings gleichzeitig auch eine Komponente des zweiten Kraftgeräts, und die von dem zweiten Kraftgerät in Ergänzung zu dem ersten Kraftgerät bereitzustellende Kraft wird entsprechend Anspruch 11 vorzugsweise über einem Drehantrieb des zweiten Kraftgeräts auf die Rolle und damit auf das an der Schwenkbasis angelenkte Seil übertragen.
Ferner ist entsprechend Anspruch 13 der Bewegungssensor bzw. der Bewegungswunschsensor vorzugsweise als ein mit der Rolle gekoppelter Drehsensor ausgeführt, der eine Verdrehung der Rolle relativ dem Schwenkarm registriert. Eine solche Verdrehung tritt bei einer Verschwenkung des Schwenkarms um die horizontale Achse auf, so daß hierdurch eine besonders einfache Realisierung des Bewegungssensors bzw. des Bewegungswunschsensors realisiert ist.
Der Bewegungssensor kann entsprechend Anspruch 15 auch als eine vom Schwenkarm getragene Lastwiegevorrichtung ausgebildet sein, welche das Gewicht der am Schwenkarm angebrachten Last ermittelt, wobei dann das zweite Kraftgerät derart angesteuert wird, daß der Schwenkarm in einer momentanen Schwenkposition im wesentlichen verbleibt, und es wird sodann der Antrieb zur Verlagerung des Anlenkpunkts des ersten Kraftgeräts an der Schwenkbasis derart angesteuert, daß eine von dem zweiten Kraftgerät hierzu bereitzustellende Haltekraft einen Sollwert von insbesondere Null einnimmt.
Eine bevorzugte Anwendung der Schwenkhalterungsanordnung liegt entsprechend Anspruch 18 auf dem Bereich von Stativen für Mikroskopiesysteme, insbesondere dem Gebiet von Stativen für Stereo-Operationsmikroskopen.
Ausführungsbeispiel
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 eine Schwenkhalterungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht;
2 eine Detailansicht der Schwenkhalterungsanordnung der 1;
3 eine schematische Darstellung eines Steuersystems der Sehwenkhalterungsanordnung der 1; und
4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwenkhalterungsanordnung.
Eine in 1 schematisch dargestellte Schwenkhalterungsanordnung 1 umfaßt eine Schwenkbasis 3, an welcher ein Schwenkarm 5 um eine Horizontalachse 7 mit seinem einen Ende 9 angelenkt ist. An einem anderen Ende 11 des Schwenkarms 5 ist über ein Zwischenglied 13 ein sehr schematisch dargestelltes Operationsmikroskop 15 mit einem Objektiv 17, einem Mikroskopgehäuse 19 und einem Satz von Okularen 21 als eine Last M angebracht. Durch Änderung einer Schwenkstellung des Schwenkarms 5 bezüglich der Schwenkbasis 3 ist es möglich, das Mikroskop 15 in einer Z-Richtung zu verlagern.
Hierbei kann die Schwenkbasis 3 beispielsweise ein Sockel eines auf einem Boden eines Operationssaals aufgestellten Stativs sein. Es ist jedoch auch möglich, daß die Schwenkbasis 3 über weitere Glieder eines solchen Stativs mit dem Stativsockel verbunden ist, so daß auch die Schwenkbasis 3 relativ zu dem Sockel räumlich verlagerbar ist.
Ferner ist es auch vorgesehen, daß das Mikroskop 15 nicht unmittelbar an dem Zwischenglied 13 angebracht ist. Vielmehr können zwischen dem Zwischenglied 13 und dem Mikroskop 15 weitere Stativglieder vorgesehen sein, um das Mikroskop relativ zu dem Zwischenglied 3 verlagerbar zu halten, wie dies beispielsweise in US 6,105,909 A beschrieben ist, deren Offenbarung in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Das Zwischenglied 13 ist mit dem Schwenkarm 5 über ein Drehgelenk 23 ebenfalls um die Horizontale schwenkbar gekoppelt, und ein Hilfsarm 25 erstreckt sich in eine jede Schrägstellung des Schwenkarms 5 parallel zu diesem, indem er an der Schwenkbasis 3 um eine Horizontalachse 27 und an dem Zwischenglied 13 um eine Horizontalachse 29 schwenkbar angelenkt ist.
Aufgrund der Masse des Schwenkarms 5 sowie der mit diesem in Verbindung stehenden Komponenten, wie etwa dem Hilfsarm 25, dem Zwischenglied 13 und dem Mikroskop 15, welche in 1 in Richtung eines Pfeiles L verschwenkbar sind, wirkt auf den Schwenkarm 5 bezüglich der Achse 7 ein Drehmoment, welches versucht, den Schwenkarm 5 bezüglich der Achse 7 im Uhrzeigersinn zu verdrehen.
Um den Schwenkarm 5 im Gleichgewicht zu halten bzw. die Schwenkhalterungsanordnung in einen ausbalancierten Zustand zu versetzen, ist ein erstes Kraftgerät 31 vorgesehen, dessen eines Wirkende 32 an der Schwenkbasis 3 angelenkt ist, und dessen anderes Wirkende 33 an dem Schwenkarm 5 angelenkt ist. Hierzu umfaßt das erste Kraftgerät 31 ein Seil 35, welches an dem Wirkende 32 des Kraftgeräts 31 an ein Gelenkstück 37 gekoppelt ist, welches über eine von dem Gelenkstück 37 getragene Mutter in eine sich in Z-Richtung erstreckende Gewindespindel 39 eingreift, welche durch einen Drehantriebsmotor 41 angetrieben wird. Hierdurch läßt sich durch Betätigen des Motors 41 ein Anlenkort 43, an welchem das erste Kraftgerät 31 mit seinem Wirkende 32 an der Schwenkhalterungsanordnung 3 angelenkt ist, in Z-Richtung verlagern.
An dem anderen Wirkende 33 des Kraftgeräts 31 liegt das Seil 35 an einer an dem Schwenkarm 5 gelagerten Rolle 45 an, welche von dem Seil 35 wenigstens teilweise umschlungen wird. Das Seil 35 erstreckt sich von der Rolle 45 weiter und ist an seinem Ende mit einem Ende einer Zugfeder 47 gekoppelt, deren anderes Ende über eine Halterung 49 fest mit dem Schwenkarm 5 verbunden ist.
Die Zugfeder 47 ist in der in 1 gezeigten Anordnung gedehnt und stellt somit zwischen ihren beiden Enden eine Zugkraft bereit, welche über das Seil 35 um die Rolle 45 umgelenkt wird und an dem Anlenkort 43 auf die Schwenkbasis 3 übertragen wird. Damit stellt das Kraftgerät 31 zwischen seinen beiden Wirkenden 32 und 33 eine Haltekraft bereit, welche ein dem durch die Last M erzeugten Drehmoment entgegengerichtetes Drehmoment bezüglich der Horizontalachse 7 derart bereitstellt, daß die Schwenkhalterungsanordnung 1 ausbalanciert ist, das heißt sich eine Schwenkstellung des Schwenkarms 5 bezüglich der Schwenkbasis 3 nicht ändert.
Allerdings tritt eine solche Kompensierung der Drehmomente nur dann ein, wenn der Anlenkort 43 durch die motorische Betätigung der Spindel 39 an eine hierfür geeignete Position in Z-Richtung bewegt wurde. Wie die Schwenkhalterungsanordnung 1 diese Position selbsttätig findet und auf Bewegungswünsche eines Benutzers eingeht, wird nachfolgend erläutert.
2 zeigt in schematischer Schnittdarstellung entlang der Linie II-II der 1 ein Detail der Schwenkhalterungsanordnung 1. Demnach ist an dem Schwenkarm 5 eine Halterung 51 fest angebracht, an welcher ein von einer Welle 53 durchsetztes Lager 55 vorgesehen ist, wobei die Welle 53 einerseits die Rolle 45 trägt und andererseits an einen an die Halterung 51 angeflanschten Getriebedrehmotor 57 gekoppelt ist. Durch Erregung des Motors 57 ist es somit möglich, ein Drehmoment auf die Rolle 45 auszuüben, welches zu einer Kraft auf das Seil 35 führt, welche die durch die Zugfeder 47 bereitgestellte Kraft des Kraftgeräts 31 ergänzt.
Demnach kann die Kombination aus der Rolle 45 und dem Motor 57 als ein zweites Kraftgerät 58 betrachtet werden, welches eine Ergänzungskraft bereitstellt, die der durch das erste Kraftgerät 31 erzeugten Kraft überlagert ist.
An den Getriebedrehmotor 57 ist an dessen der Halterung 51 abgewandten und ebenfalls von der Welle 53 durchsetzten Ende ein Drehgeber bzw. Drehstellungssensor 59 angeflanscht, um eine Änderung der Drehstellung der Rolle 45 bezüglich dem Schwenkarm 5 zu registrieren.
Aus 1 ist ersichtlich, daß eine Änderung der Schwenkstellung des Schwenkarms 5 bezüglich der Schwenkbasis 3 zu einer Expansion oder Kontraktion der Feder 47 führt, was wiederum eine Bewegung des Seils 35 relativ zu der Halterung 51 zur Folge hat, wodurch die Rolle 45 relativ zu dem Schwenkarm 5 in Drehung versetzt wird. Damit ist ein von dem Drehsensor 59 erzeugtes Signal repräsentativ für eine Bewegung bzw. Verschwenkung des Schwenkarms 5 bzw. auch dafür, daß sich dessen Schwenkstellung nicht ändert und die Schwenkhalterungsanordnung in ihrem ausbalancierten Zustand ist.
Ein Steuersystem 61 für die Schwenkhalterungsanordnung 1 ist in 3 schematisch dargestellt. Das Steuersystem 61 dient zur Ansteuerung des Motors 57 zur Ausübung eines Drehmoments auf die Rolle 45 und zur Ansteuerung des Motors 41 zur Verlagerung des Anlenkorts 43 des ersten Kraftgeräts 31 an der Schwenkbasis 3. Das Steuersystem 61 arbeitet in zwei Betriebsmodi.
In einem ersten Betriebsmodus ist es eine Aufgabe des Steuersystems 61 die Motoren 41 und 57 derart anzusteuern, daß der Schwenkarm 5 in einer momentanen Stellung verharrt. Hierzu liest ein Steuerprozessor 63 ein von dem Drehsensor 59 bereitgestelltes Signal aus und steuert in Abhängigkeit von diesem Signal eine Stromquelle 65 an, durch welche der Motor 57 gespeist wird. Hierbei versucht der Steuerprozessor 63 den Strom I für den Motor 57 derart einzustellen, daß sich eine Drehstellung des Motors 57 und damit eine Drehstellung der Rolle 45 im wesentlichen nicht ändert.
Wird beispielsweise die Last M verändert, indem zum Beispiel an das Mikroskop 15 eine zusätzliche Komponente, wie etwa eine Kamera montiert wird, so wird der Motor 57 gegenüber der Stromquelle 65 erregt, um ein Drehmoment auf die Rolle 45 zu übertragen, welches die von dem ersten Kraftgerät 31 bereitgestellte Kraft erhöht.
Das Steuersystem 61 ist auf diese Weise in der Lage, auf Änderungen der Last M schnell zu reagieren und durch solche Laständerungen erzeugte Drehmomente schnell zu kompensieren, so daß das Mikroskop 15 in seiner momentanen Position im wesentlichen verharrt.
Es ist jedoch wünschenswert, den Motor 57 nicht langdauernd mit großen Strömen I zur Ausbalancierung der Schwenkhalterungsanordnung 1 zu speisen. Deshalb umfaßt das Steuersystem 61 einen weiteren Steuerprozessor 67, welcher eine Stromquelle 69 ansteuert, und zwar zur Speisung des Motors 41 zur Verlagerung des Anlenkorts 43 des ersten Kraftgeräts 31 an der Schwenkbasis 3 in Z-Richtung.
Der Steuerprozessor 67 liest hierzu ein von der Stromquelle 65 des Motors 57 bereitgestelltes Signal aus, welches die Stärke und gegebenenfalls auch die Polarität des Stroms I repräsentiert, mit dem die Stromquelle 65 den Motor 57 speist. Der Steuerprozessor 67 steuert dann die Stromquelle 69 für den Motor 41 derart an, daß der von der Stromquelle 65 bereitgestellte Strom minimiert wird.
Das heißt, wenn beispielsweise das Gewicht des Mikroskops 15 vorangehend erhöht wurde, wird der Motor 41 in eine solche Drehrichtung betätigt, daß der Anlenkort 43 nach oben bewegt wird, so daß sich das durch das erste Kraftgerät 31 alleine bereitgestellte Gegendrehmoment erhöht. Entsprechend wird der Steuerprozessor 63 die Stromquelle 65 zu einer Verringerung der Erregung des Motors 57 ansteuern können, um den Schwenkarm 5 in seiner Position verharren zu lassen. Demnach stellt die Erregung des Motors 57, das heißt der von der Stromquelle 65 bereitgestellte Strom eine geeignete Steuergröße bereit, in Abhängigkeit von welcher der Steuerprozessor 67 den Motor 41 ansteuert.
Es ist allerdings auch möglich, daß der Prozessor 67 diese Steuergröße auch von dem Steuerprozessor 63 direkt bereitgestellt bekommt.
Die Komponenten Drehsensor 59, Steuerprozessor 63 und Stromquelle 65 sind als ein Modul 71 zusammengefaßt, welches in unmittelbarer Nähe des Motors 57 angeordnet ist und auch in 2 symbolisch dargestellt ist.
Der Steuerprozessor 67 und die Stromquelle 69 können mit einem räumlichen Abstand von dem Modul 71, beispielsweise in einem Rechner oder dergleichen angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, sämtliche Komponenten des Steuersystems 61 in einem Modul zu vereinigen oder auf drei oder mehr Module zu verteilen.
In dem ersten Betriebsmodus wirkt das Steuersystem 61 somit wie eine elektronische "Bremse" für Schwenkbewegungen des Schwenkarms 5. Die Wirkung des Steuersystems 61 in dem ersten Betriebsmodus ist damit derart, daß die Schwenkhalterungsanordnung in einem gewissen Sinne "starr" ist. Damit ist auch bei einem ungewollten Berühren des Mikroskops oder einer Komponente der Schwenkhalterungsanordnung 1 gewährleistet, daß sich das Mikroskop 15 nicht auf beispielsweise einen gerade untersuchten Patienten ungewollt absenkt. Damit kann das Steuersystem 61 auch eine Vorsehung einer Magnetbremse als Sicherheitseinrichtung überflüssig machen.
In den zweiten Betriebsmodus schaltet das Steuersystem 61 dann um, wenn ein Bewegungswunschschalter 73 betätigt wird. Dieser ist an dem Zwischenglied 13 der Schwenkhalterungsanordnung 1 in der Nähe des Mikroskops 15 angebracht und wird vom Benutzer dann betätigt, wenn dieser eine Änderung der Schwenkstellung des Schwenkarms 5 bezüglich der Schwenkbasis 3 wünscht. Hierzu betätigt der Benutzer einen Hebel 75 des Schalters 73 nach oben, um einen Kontakt 76 zu schließen, was von dem Steuerprozessor 67 registriert wird, so daß dieser von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umschaltet und darin über die Stromquelle 69 den Motor 41 derart ansteuert, daß der Anlenkart 43 in Z-Richtung nach oben verlagert wird. Dadurch erhöht sich die von dem ersten Kraftgerät 31 bereitgestellte Kraft, was zu einer Erhöhung des Gegendrehmoments führt, um den Schwenkarm 5 bezüglich der Horizontalachse 7 gegen den Uhrzeigersinn zu verdrehen und damit das Mikroskop 15 in Z-Richtung anzuheben. Hat das Mikroskop 15 die gewünschte Höhe erreicht, so läßt der Benutzer den Hebel 75 wieder in seine Neutralstellung zurückgehen, was die Steuerung 67 wiederum registriert und das Steuersystem 61 in den ersten Betriebsmodus zurückschaltet.
Das Umschalten in den zweiten Betriebsmodus teilt der Steuerprozessor 67 dem Steuerprozessor 63 mit, so daß dieser die Ansteuerung des Motors 57 im Hinblick auf ein Konstanthalten der Schwenkstellung des Schwenkarms 5 unterläßt, so daß ein Verschwenken des Schwenkarms 5 erst möglich wird. Umgekehrt teilt der Steuerprozessor 67 einen Übergang von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus ebenfalls dem Steuerprozessor 63 mit, woraufhin dieser wieder die Ansteuerung der Stromquelle 65 auf die vorangehend beschriebene Weise aufnimmt, um die Schwenkstellung des Schwenkarms 5 beizubehalten.
Wünscht der Benutzer ein Absenken des Mikroskops 15, so wird er den Hebel 75 nach unten bewegen, um einen Kontakt 77 zu schließen, was von dem Steuerprozessor 67 ebenfalls registriert wird. Dieser geht daraufhin ebenfalls in den zweiten Betriebsmodus über und steuert den Motor 41 an, um den Anlenkort 43 des ersten Kraftgeräts an der Schwenkbasis 3 in Z-Richtung abzuschwenken, was zu einer Reduzierung des von dem Kraftgerät 31 erzeugten Gegendrehmoments und damit zu einem Absenken des Mikroskops 15 führt.
Nachfolgend werden Varianten der unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläuterten Ausführungsformen beschrieben. Darin sind Komponenten, die den in den 1 bis 3 erläuterten Komponenten hinsichtlich ihres Aufbaus oder/und ihrer Funktion entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern, zur Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben versehen.
Eine in 4 schematisch dargestellte Schwenkhalterungsanordnung 1a weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie die in den 1 bis 3 dargestellte Schwenkhalterungsanordnung 1. Letztere stellt ein Gegendrehmoment durch ein Kraftgerät bereit, welches das auf Zug belastete Seil 35 umfaßt, so daß der Anlenkort 43 des Kraftgeräts 31 auf Seiten der Schwenkbasis 3 höher angeordnet ist als der Anlenkort 33 des Kraftgeräts 31 auf Seiten des Schwenkarms 5.
Ein erstes Kraftgerät 31a der Schwenkhalterungsanordnung 1a umfaßt eine auf Druck belastete Stange 81, welche mit ihrem einen Ende an einem Anlenkort 43a des Kraftgeräts 31a auf Seiten der Schwenkbasis 3a angelenkt ist, und deren anderes Ende mit einer Druckfeder 47a gekoppelt ist, welche sich an einem Anlenkpunkt 33a des Kraftgeräts 31a auf Seiten des Schwenkarms 5a abstützt.
Das Kraftgerät 31a erzeugt somit eine Druckkraft, welche in das der Last M entgegengerichtete Gegendrehmoment deshalb überführt wird, weil der Anlenkort 43a Abstützort des Kraftgeräts 31a an dem Schwenkarm 5a ist.
Als zweites Kraftgerät 58a, welches die von dem ersten Kraftgerät 31a bereitgestellte Kraft ergänzt, ist bei der Schwenkhalterungsanordnung 1a ein Linearmotor 83 vorgesehen, dessen Gehäuse 84 mit einem Gehäuse 85 der Druckfeder 47a fest verbunden ist, und welcher auf eine Stange 87, welche sich in dem Linearmotor 83 parallel zu der Stange 81 des ersten Kraftgeräts 31a erstreckt und welche mit der Stange 81 fest verbunden ist, eine Kraft in Richtung der Stange 87 bei entsprechender Ansteuerung ausübt
Die Schwenkhalterungsanordnung 1a weist ein Steuersystem auf, welches einen ähnlichen Aufbau aufweist, wie das anhand der 3 erläuterte Steuersystem. Hierbei wird der Motor 41a zur Verlagerung des Anlenkpunkts 43a in Z-Richtung im Hinblick auf eine Minimierung der Erregung des Linearmotors 83 angesteuert.
An dem Zwischenglied 13a ist eine als Bewegungssensor ausgebildete Lastwiegevorrichtung 91 angebracht, welche das Gewicht der am Schwenkarm 5a angebrachten Last M ermittelt, wobei dann das zweite Kraftgerät 58a derart angesteuert wird, daß der Schwenkarm 5a in einer momentanen Schwenkposition im wesentlichen verbleibt, und wobei sodann der Antrieb zur Verlagerung des Anlenkorts 43a des ersten Kraftgeräts 31a an der Schwenkbasis 3a derart angesteuert wird, daß die von dem zweiten Kraftgerät 58a hierzu bereitgestellt Haltekraft einen Sollwert von Null einnimmt, wodurch die Schwenkstellung des Schwenkarms 5a beibehalten wird.
Es ist jedoch auch denkbar, den Linearmotor 83 (anstelle der Lastwiegevorrichtung 91) als Bewegungssensor auszubilden.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Bewegungswunschsensor durch den Schalter 75 realisiert. Es ist jedoch auch möglich, daß das Steuersystem, wenn dieses sich in dem zweiten Betriebsmodus befindet, den Bewegungssensor 59 bzw. den Linearmotor 83 als Bewegungswunschsensor verwendet. Der Benutzer kann dann per Hand an den Arm 5 oder an die Last 15 greifen, um diese zu verlagern. Das Umschalten von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus kann dann anderweitig, beispielsweise über einen Fußschalter erfolgen.
Ferner ist es möglich, das Steuersystem mit nur einem Betriebsmodus auszulegen, welcher dann einer der beiden vorangehend beschriebenen Betriebsmodi ist. Dann funktioniert das Steuersystem lediglich dahingehend, eine bestimmte Schwenkstellung des Arms beizubehalten oder lediglich dahingehend, die Schwenkstellung des Schwenkarms zu verändern.
Letzteres ist insbesondere dann ausreichend, wenn die Geometrie der Schwenkhalterungsanordnung derart gewählt ist, daß das von dem ersten Kraftgerät bereitgestellte Gegendrehmoment in jeder Schwenkstellung im wesentlichen gleich ist, und der Schwenkarm somit in jeder Schwenkstellung im wesentlichen ausbalanciert ist.
In der anhand der 1 beschriebenen Ausführungsform umfaßt das erste Kraftgerät eine Zugfeder 47. Diese kann allerdings ohne weiteres bei geeigneter Umlenkung der Kraft auch als eine Druckfeder ausgeführt sein.
Ebenso kann die bei der Ausführungsform der 4 vorgesehene Druckfeder 47a bei geeigneter Umlenkung als eine Zugfeder realisiert sein.
Auch kann bei der mit dem auf Zug belasteten Seil 35 basierenden Ausführungsform der 1 ein Linearmotor oder ein anderer Antrieb als zweites Kraftgerät vorgesehen sein.
Zusammenfassend wird eine Schwenkhalterungsanordnung mit einer Schwenkbasis und einem an der Schwenkbasis schwenkbar angelenkten Schwenkarm vorgeschlagen, wobei ein erstes Kraftgerät vorgesehen ist, um ein Gegendrehmoment derart zu erzeugen, daß der Schwenkarm in einer Position verharrt. Hierzu ist des weiteren eine Kraft des ersten Kraftgeräts durch ein ansteuerbares zweites Kraftgerät ergänzt.

Claims

Schwenkhalterungsanordnung, umfassend: – eine Schwenkbasis (3; 3a); – einen an der Schwenkbasis (3; 3a) um eine Horizontalachse (7; 7a) schwenkbar angelenkten Schwenkarm (5; 5a); – ein erstes Kraftgerät (31; 31a) zur Bereitstellung einer Haltekraft zwischen einem ersten und einem zweiten Wirkende (32, 33; 32a, 33a) desselben, wobei das erste Wirkende (33; 33a) an dem Schwenkarm (5; 5a) an einem ersten Anlenkort (45) angreift, der mit einem ersten Abstand von der Horizontalachse (7; 7a) angeordnet ist und das zweite Wirkende (32; 32a) an der Schwenkbasis (3; 3a) an einem zweiten Anlenkort (43; 43a) angreift, welcher von dem ersten Anlenkort (45), gesehen in Projektion auf eine Vertikale (z), mit einem zweiten Abstand angeordnet ist; und – einen Verlagerungsmechanismus (37, 39; 37a, 39a) zum Verlagern des zweiten Anlenkorts (43; 43a) an der Schwenkbasis (3; 3a) in Richtung der Vertikalen (z) gekennzeichnet durch – einen von einem Benutzer betätigbaren Bewegungswunschsensor (73; 73a) zur Ausgabe eines Bewegungswunschsignals; und – ein Steuersystem (61) zur Ansteuerung eines mit dem Verlagerungsmechanismus (37, 39; 37a, 39a) gekoppelten Verlagerungsantriebs (41; 41a) in Abhängigkeit von dem Bewegungswunschsignal, um durch die Verlagerung des zweiten Anlenkorts (43; 43a) eine Schwenkbewegung des Schwenkarms (5; 5a) relativ zu der Schwenkbasis herbeizuführen.
Schwenkhalterungsanordnung nach Anspruch 1, umfassend: – einen Bewegungssensor (59; 83) zur Ausgabe ei- nes eine Schwenkbewegung des Schwenkarms (5; 5a) relativ zu der Schwenkbasis (3; 3a) repräsentierenden Bewegungssignals; und – ein Steuersystem (61) zur Ansteuerung eines mit dem Verlagerungsmechanismus (37, 39; 37a, 39a) gekoppelten Verlagerungsantriebs (41; 41a) in Abhängigkeit von dem Bewegungssignal, um, wenn der Bewegungswunschsensor (73; 73a) nicht betätigt ist, durch die Verlagerung des zweiten Anlenkorts (43; 43a) die Schwenkbewegung des Schwenkarms (5; 5a) relativ zu der Schwenkbasis (3; 3a) zu reduzieren.
Schwenkhalterungsanordnung, umfassend: – eine Schwenkbasis (3; 3a); – einen an der Schwenkbasis (3; 3a) um eine Horizontalachse (7; 7a) schwenkbar angelenkten Schwenkarm (5; 5a); – ein erstes Kraftgerät (31; 31a) zur Bereitstellung ei- ner Haltekraft zwischen einem ersten und einem zweiten Wirkende (32, 33; 32a, 33a) desselben, wobei das erste Wirkende (33; 33a) an dem Schwenkarm (5; 5a) an einem ersten Anlenkort (45) angreift, der mit einem ersten Abstand von der Horizontalachse (7; 7a) angeordnet ist, und das zweite Wirkende (32; 32a) an der Schwenkbasis (3; 3a) an einem zweiten Anlenkort (43; 43a) angreift, welcher von dem ersten Anlenkort (45), gesehen in Projektion auf eine Vertikale (z), mit einem zweiten Abstand angeordnet ist; und – einen Verlagerungsmechanismus (37, 39; 37a, 39a) zum Verlagern des zweiten Anlenkorts (43; 43a) an der Schwenkbasis (3; 3a) in Richtung der Vertika- len (z); gekennzeichnet durch – einen Bewegungssensor (59; 83) zur Ausgabe eines eine Schwenkbewegung des Schwenkarms (5; 5a) relativ zu der Schwenkbasis (3; 3a) repräsentierenden Bewegungssignals; und – ein Steuersystem (61) zur Ansteuerung eines mit dem Verlagerungsmechanismus (37, 39; 37a, 39a) gekoppelten Verlagerungsantriebs (41; 41a) in Abhängigkeit von dem Bewegungssignal, um durch die Verlagerung des zweiten Anlenkorts (43; 43a) die Schwenkbewegung des Schwenkarms (5; 5a) relativ zu der Schwenkbasis (3; 3a) zu reduzieren.
Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein ansteuerbares zwei tes Kraftgerät (58; 58a) vorgesehen ist um die von dem ersten Kraftgerät (31; 31a) zwischen dessen erstem und zweitem Wirkende (32, 33; 32a, 33a) bereitgestellte Haltekraft zu ändern.
Schwenkhalterungsanordnung nach Anspruch 4, wobei das Steuersystem (61) das zweite Kraftgerät (58; 58a) in Abhängigkeit von dem Bewegungssignal bzw. dem Bewegungswunschsignal ansteuert.
Schwenkhalterungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei, bei Ansteuerung des zweiten Kraftgeräts (58; 58a) in Abhängigkeit von dem Bewegungssignal, das Steuersystem (61) eine Erregung des zweiten Kraftgeräts (58; 58a) derart ansteuert, daß das Bewegungssignal eine Bewegung von im wesentlichen Null repräsentiert.
Schwenkhalterungsanordnung nach Anspruch 6, wobei das Steuersystem (61) den Verlagerungsantrieb (41; 41a) in Abhängigkeit von der Erregung des zweiten Kraftgeräts (58; 58a) ansteuert.
Schwenkhalterungsanordnung nach Anspruch 7, wobei das Steuersystem (61) den Verlagerungsantrieb (41; 41a) derart ansteuert, daß die Erregung des zweiten Kraftgeräts (58; 58a) minimiert ist.
Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das zweite Kraftgerät (58a) einen Linearmotor (83) umfaßt.
Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei an dem Schwenkarm (5) eine den erstem Anlenkort bereitstellende Rolle (45) drehbar angebracht ist und das erste Kraftgerät (31) und das zweite Kraftgerät (58) die Rolle (45) als eine gemeinsame Komponente aufweisen und das erste Kraftgerät (31) ferner ein an der Rolle (45) anliegendes Seil (35) umfaßt.
Schwenkhalterungsanordnung nach Anspruch 10, wobei das zweite Kraftgerät (58) einen Drehantrieb (57) zum Antrieb der Rolle (45) umfaßt.
Schwenkhalterungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das erste Kraftgerät (31) eine einerseits mit dem Seil (35) und andererseits mit dem Schwenkarm (5) gekoppelte Federanordnung (47) umfaßt.
Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Bewegungssensor bzw. der Bewegungswunschsensor einen an die Rolle gekoppelten Drehsensor (59) umfaßt.
Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Bewegungswunschsensor einen von dem Schwenkarm (5; 5a) getragenen Schalter (73; 73a) umfaßt.
Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei der Bewegungssensor eine von dem Schwenkarm (5a) getragene Lastwiegevorrichtung (91) umfaßt.
Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der zweite Anlenkort (43a) unterhalb des ersten Anlenkorts angeordnet ist.
Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der zweite Anlenkort (43a) oberhalb des ersten Anlenkorts angeordnet ist.
Mikroskopiesystem mit einer Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und einem von dem Schwenkarm (5; 5a) getragenen Mikroskop (15).
Verfahren zum Steuern einer Schwenkhalterungsanordnung, insbesondere der Schwenkhalterungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Schwenkhalterungsanordnung umfaßt: – eine Schwenkbasis (3; 3a); – einen an der Schwenkbasis (3; 3a) um eine Horizontalachse (7; 7a) schwenkbar angelenkten Schwenkarm (5; 5a); – ein erstes Kraftgerät (31; 31a) zur Bereitstellung einer Haltekraft zwischen einem ersten und einem zweiten Wirkende (32, 33; 32a, 33a) desselben, wobei das erste Wirkende (33; 33a) an dem Schwenkarm (5; 5a) an einem ersten Anlenkort (45) angreift, der mit einem ersten Abstand von der Horizontalachse (7; 7a) angeordnet ist, und das zweite Wirkende (32; 32a) an der Schwenkbasis (3; 3a) an einem zweiten Anlenkort (43; 43a) angreift, welcher von dem ersten Anlenkort (45), gesehen in Projektion auf eine Vertikale (z), mit einem zweiten Abstand angeordnet ist; – einen Verlagerungsmechanismus (37, 39; 37a, 39a) zum Verlagern des zweiten Anlenkorts (43; 43a) an der Schwenkbasis (3; 3a) in Richtung der Vertikalen (z); und wobei das Verfahren umfaßt: – Erfassen eines Bewegungswunsches; und – wenn ein Bewegungswunsch erfasst ist, automatisches Betätigen des Verlagerungsmechanismusses (37, 39; 37a, 39a) derart, daß die gewünschte Bewegung des Schwenkarms (5; 5a) herbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend: Betätigen des Verlagerungsmechanismus (37, 39; 37a, 39a) derart, daß der Schwenkarm (5; 5a) in einer momentanen Schwenkposition im wesentlichen verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Schwenkhalterungsanordnung ferner ein zweites Kraftgerät (58; 58a) umfaßt, um die von dem ersten Kraftgerät (31; 31a) zwischen dessen erstem und zweitem Wirkende (32, 33; 32a, 33a) bereitgestellte Haltekraft zu ändern, und wobei das Verfahren umfaßt: wenn der Bewegungswunsch nicht vorliegt, das zweite Kraftgerät (58; 58a) derart anzusteuern, daß der Schwenkarm (5; 5a) in seiner momentanen Schwenkposition im wesentlichen verbleibt, und den Verlagerungsantrieb derart anzusteuern, daß eine von dem zweiten Kraftgerät (58; 58a) hierzu bereitzustellende Haltekraft einen Sollwert einnimmt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Sollwert von dem zweiten Kraftgerät (58; 58a) bereitgestellten Haltekraft entspricht, welche im wesentlichen Null ist.