DE1032572B - Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom - Google Patents
Mikrotom, insbesondere UltramikrotomInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom mit einem gegen ein feststehendes
Messer um die Schnittdicke durch thermischen Vorschub vorrückbaren Präparat und einer Präparatführung,
die das Präparat zwischen zwei Schnitten in einer geschlossenen Bahn bewegt, so daß es im Verlauf
eines jeden Schneidezyklus nur einmal das Messer berührt.
Die bei den normalen Mikrotomen erreichten Schnittdicken liegen im allgemeinen zwischen 1 und
50 μ und reichen aus diesem Grund für Beobachtungen mit dem Elektronenmikroskop bzw. Phasenkontrastmikroskop
nicht aus. Ein für diese Zwecke brauchbares Ultramikrotom muß Schnittdicken unter 0,5 μ
liefern. Normalerweise sollen die Schnittdicken zwisehen 10 und 50 ΐημ liegen, wobei als optimaler Bereich
hinsichtlich der Güte der Kontraste und der Auflösung feinster Strukturdetails bei elektronenmikroskopischen
Untersuchungen das Gebiet von 10 bis 25 mu gilt.
Durch Verfeinerung bereits bekannter Mikrotomkonstruktionen, wie z. B. von Schlittenmikrotomen,
Wipp- oder Schaukelmikrotomen und Minotmikrotomen oder durch Spezialbauweisen, welche beispielsweise
einen Präzisionsrotor mit exzentrisch montiertem Präparat besitzen, kann man Schnittdicken im
Serienschnitt bis zu 50 ηαμ, in Einzelfällen auch darunter
erreichen.
Die Erzielung von Vorschüben um kleinste Beträge, z. B. in der Größenordnung von 20 ηιμ, wird dabei
unter anderem durch thermische Ausdehnung eines hierfür geeigneten Materials ermöglicht. Ein auf diesem
Prinzip aufgebautes Mikrotom mit einem Vorschub von 50 ηιμ oder darunter muß in seinen bewegten
Teilen frei von Schwingungen sein, es darf beim Vorschubmechanismus keine statischen Reibungen
haben, und die Messerschneide soll im Verlauf eines ,Schneidezyklus nur einmal berührt werden. Ein diesen
Bedingungen entsprechendes Gerät besteht beispielsweise aus einem genauest zentrierten und schwingungsfrei
laufenden zylindrischen Rotor mit exzentrisch angebrachtem Präparatblock, welcher thermisch
vorgeschoben wird. Diese Anordnung stellt einen außerordentlich empfindlichen und kostspieligen
Spezialapparat dar, dessen Fabrikation besonders hohe Präzision erfordert.
Die Erfindung geht demgegenüber von dem Gedanken aus, ein Mikrotom, insbesondere ein Ultramikrotom
zu schaffen, welches Schnitte von mindestens der gleichen geringen Dicke auf einfacherem Wege und so
ohne Anwendung besonderer Präzisionsteile herzustellen gestattet. Zu diesem Zwecke wird von einer
speziellen Kombination eines thermischen Vorschubsystems mit der Präparatführung durch Ausbiegung
Mikrotom,
insbesondere Ultramikrotom
insbesondere Ultramikrotom
Anmelder:
Hellmuth Sitte, Innsbruck (Österreich)
Hellmuth Sitte, Innsbruck (Österreich)
Vertreter: Dipl.-Ing. W. Paap, Patentanwalt,
München 22, Mariannenplatz 4
München 22, Mariannenplatz 4
Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 1. Juni 1954
Österreich vom 1. Juni 1954
Hellmuth Sitte, Innsbruck (Österreich),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
eines einseitig eingespannten elastisch biegsamen Stabes ausgegangen. Hierbei kann der für Schnitte
unter 25 πιμ aufgestellten Forderung, daß das Präparat
nicht über das Messer zurückgeführt werden soll, sondern nach dem Schnitt seitlich am Messer vorbei
in die Ausgangsstellung zu leiten ist, Rechnung getragen werden.
Das erfindungsgemäße Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom, ist dadurch gekennzeichnet, daß als
Vorschubsystem eine thermisch isolierte Anordnung \on gutem Wärmeleitvermögen und großer Wärmekapazität
vorgesehen ist, welche aus einem aufheizbaren Block und einem an diesem starr befestigten,
elastisch biegsamen Stab besteht, wobei das freie Stabende das Präparat trägt, und an eine Führungsvorrichtung
angeschlossen ist, die zur Bewegung dieses Stabendes nach einer kreisartigen, kreisähnlichen
oder nach einer anderen in sich geschlossenen, nahe der Schnittstelle, vorzugsweise annähernd geradlinig
verlaufenden Bahn z. B. als Koppelkurve ausgebildet ist.
Bei den bekannten Systemen, bei welchen der Vorschub des Schnittobjektes gegen das Messer durch
Thermoexpansion eines Stabes erfolgt, geschieht dies durch direktes Umwickeln eines mehr oder minder
großen Teiles des Stabes mit einer Heizwicklung sehr niederer Leistung. Wird dabei nur ein relativ kurzer
Abschnitt des Vorschubstabes umwickelt, so ist der Gesamtvorschub im angenähert linearen Aufheizungs-,
das ist Vorschubbereich relativ klein. Ebenso gestattet diese kleine Heizwicklung keine großen Variationen
hinsichtlich des Einzelvorschubes, also von Schnitt zu Schnitt, wie dies für Übersichtsbilder bei Verwen-
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dung von weicheren Einbettungsmitteln, wie z. B. Esterwax oder Cremolan, und für den Vorschub des
Objektes bis zum ersten Angreifen des Messers erwünscht ist; daher kommen z. B. bei einem bekannten
Mikrotom dieser Art nur Einzelschnitte in einer Dicke zwischen schätzungsweise 10 und 30 πιμ in
Frage. Die Abkühlung des Systems innerhalb kurzer Zeit muß mit Hilfe eines Ventilators bewirkt werden,
damit das Instrument bei Reihenarbeiten rasch für die nächste Schnittserie bereitsteht. Wird dagegen
ein größerer Teil der Stablänge mit Heizdraht umwickelt bzw. durch eine gute Wärmeisolation des Vorschubsystems
eine Wärmeableitung an die umgebende Luft eingeschränkt und damit die Erwärmung eines
größeren Abschnittes des Stabes erreicht, so ist zwar bei einem solchen Gerät der Gesamtvorschub im angenähert
linearen Vorschubbereich hinreichend groß (bis etwa das Zehnfache des obigen Wertes, also
^ 0,2 mm), eine Abkühlung des Vorschubsystems in kürzerer Zeit, wie sie für Routinearbeiten unbedingt
notwendig erscheint, ist dagegen sehr schwer zu erreichen.
Das erfindungsgemäße System vereint demgegenüber den großen Gesamtvorschub mit einer auch bei
bester Isolation des Vorschubsystems genügend raschen Abkühlung. Im einzelnen gestattet das System
demnach:
1. einen innerhalb weiter Grenzen regulierbaren Einzelvorschub von Schnitt zu Schnitt, das ist etwa
10 bis 300 πιμ bei normaler Schnittgeschwindigkeit
von etwa einem bis zwei Schnitten in 2 Sekunden, bei langsamerem Schneiden entsprechend mehr;
2. einen Gesamtvorschub von mindestens 1A mm,
der den Erfordernissen der Elektronenmikroskopie und Phasenkontrastmikroskopie voll entspricht, resultierend
aus der Thermoexpansion von Stab und Block;
3. trotzdem durch ein geeignetes Kühlsystem eine Abkühlung in relativ kurzer Zeit, das sind höchstens
10 Minuten.
Die Erfindung läßt sich unter Beachtung des dargelegten Prinzips in mehreren Ausführungsformen
verwirklichen. In der Zeichnung ist an Hand von drei Ausführungsbeispielen gezeigt, wie die Kombination
von thermischer Vorschubeinrichtung und Stabführungsmechanismus konstruktiv gelöst werden kann.
Die Erfindung ist aber nicht auf diese speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt, sie kann insbesondere
auch bei Mikrotomen mit anderer Vorschubordnung des Präparates bzw. Messers verwirklicht werden.
Fig. 1 zeigt ein Ultramikrotom mit Block und Vorschubstab im Längsschnitt,
Fig. 2 eine andere Ausführungsform mit einer Röhre als Vorschubstab und gekoppeltem Konvektions-
und Kühlsystem,
Fig. 3 eine Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 2 mit getrenntem Konvektions- und Kühlsystem,
Fig. 4 die von dem Stabende beispielsweise beschriebene Koppelkurve,
Fig. 5 und 6 einen Stabführungsmechanismus mit Steuerhebel und Lenkhebel, in der Vorderansicht von
der Blockseite und in Seitenansicht,
Fig. 7 und 8 eine vereinfachte Stabführungsvorrichtung mit Federblättern, gleichfalls in der Vorderansicht
von der Blockseite und in Seitenansicht, und _ Fig. 9 den starren Hebelarm dieser Vorrichtung im
Sehaubild.
Gemäß Fig. 1 ist ein Stab 1 an einem Block 2, der hinreichend gutes Wärmeleitvermögen und eine große
Wärmekapazität besitzt,_ starr befestigt. Der Block 2 seinerseits ist mit der Grundplatte 3 über Füße 4 aus
einem schlecht wärmeleitenden Material (z. B. Invarstahl)
starr verbunden. Gegebenenfalls kann der Block nur an seiner dem Stab abgekehrten Seite an der
Grundplatte fixiert sein. Das gesamte, aus Stab 1 und Block 2 bestehende Vorschubsystem ist allseitig durch
eine Isolation 5 so gut als möglich thermisch isoliert. Hierdurch werden sowohl äußere thermische Einflüsse
abgeschirmt als auch eine AVärmeabgabe von dem ίο System an Luft und die Grundplatte möglichst weitgehend vermieden. Am freien Ende des Vorschub- .
Stabes 1 ist, auf einem Präparathalter 6 aufgeblockt, das Schnittobjekt angebracht. Der Stab 1 besteht aus
einem Material, welches bei einem geeigneten Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser ermöglicht,
das freie Ende des Stabes 1 mit dem Präparathalter 6 in beliebigen Richtungen senkrecht zur Längsachse
des unausgebogenen Stabes zu bewegen. Das Verhält nis zwischen Stabdicke und Stablänge kann bei Verwendung
von Messing beispielsweise etwa Y40 bis yeo
sein, bei Stahl entsprechend geringer. Die Bewegung des Stabes ist durch seine Materialkonstanten begrenzt,
die aber bei geeigneter Auswahl die zum. Sehneiden des Präparates notwendigen kurzfristigen;1
kleinen Ausbiegungen bequem zulassen und die"!iljei|nfalls
innerhalb der Elastizitätsgrenze liegen. Bei" außer Betrieb genommenem Gerät ist die Stabführung
so gestellt, daß der Stab sich praktisch in Ruhelage (Stellung 29 in Fig. 4) befindet.
An dem freien Stabende greift mittels eines Führungsringes oder Lagerauges 7 eine an der Grundplatte
befestigte, unten beispielsweise näher beschriebene Führungsvorrichtung an, die den Präparathalter
6 samt dem Schnittobjekt zum Schnitt über ein feststehend eingespanntes Messer 8 hinunter und nach
dem Schnitt am Messer seitlich vorbei hinauf in die Ausgangsstellung über dem Messer leitet, wie dies für
Mikrotome mit thermischem Vorschub notwendig ist und verlangt wird. Messer und Messerhalter des
Gerätes sind in der allgemein üblichen Art ausgebildet, z. B. derart, daß das als Messer 8 dienende Glasbruchstück
mit beidseitig angelegten Bleiplättchen zwischen zwei Flanschen des Messerhalters (Fig. 1
zeigt nur den einen Flansch 9) mittels einer Stellschraube 13 festgeklemmt sind.
Die Heizung des Vorschubsystems erfolgt zweckmäßig mit einer im Innern des Blockes 2, z. B. in
einer oder mehreren Bohrungen 15 desselben eingelegten elektrischen Widerstandsheizung 16. Gewünschtenfalls
kann die Heizung auch an der Außenseite des Blockes 2, z. B. in einer Mulde 17 (vgl. Fig. 2) untergebracht
oder an der Blockaußenseite anliegend und in der Isolierung 5 eingebettet, angeordnet werden.
Das Vorschubsystem ist außerdem mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet, welche für den Durchfluß
eines Kühlmediums, wie z. B. Wasser, oder für eine Abkühlung durch Expansion von komprimiertem, verflüssigtem
Kohlendioxyd oder mit Hilfe von flüssiger Luft od. dgl. geeignet ist. Die Abkühlung durch ein
flüssiges Medium kann mittels Durchfluß durch eine z. B. Schlauchansätze 18 tragende Bohrung 14 des
Blockes 2 bzw. mittels eines Kühlmantels od. dgl. erfolgen. Die Abkühlung mittels verflüssigtem CO3
erfolgt zweckmäßig mit einer den bekannten Gefriertischen von normalen Mikrotomen analögen kammerartigen
Anordnung (vgl. 23 in Fig. 3), die im oder am Block 2 angebracht sein kann. Die Kühlvorrichtung
ist zumindest in den Block 2 (Fig. 1), gegebenen^ falls auch in den Vorschubstab 1 (Fig. 2) eingebaut.
Sie gestattet es, das System innerhalb kurzer Zeit,
ζ. B. in längstens 10 Minuten, so weit abzukühlen, daß eine neue Schnittserie begonnen werden kann.
Ebenso kann an der Außenseite des Blockes 2 oder in einer Bohrung desselben ein Quecksilberthermometer,
ein Thermoelement oder ein anderes Temperaturmeßgerät und zweckmäßig auch ein Thermoregler, ζ. Β.
ein Bimetallkontakt, zur automatischen Abstellung der Heizung angebracht werden.
Die beschriebene Vorrichtung ergibt bei einer Aufheizung von Raumtemperatur bis zu 90° C einen
Gesamtvorschub von etwa 0,25 mm und ist nach Abkühlung mit Wasser in etwa 10 Minuten für die
nächste Schnittserie bereit. Mit einem Gesamtvorschub von 0,2 mm lassen sich bereits 10 000 Schnitte
zu je 20 ΐημ in einer einzigen Schnittserie ohne Unterbrechung
ausführen. Eine größere Schnittanzahl in einer Serie ist mit den derzeit bekannten und gebräuchlichen
Klingenmaterialien für ultradünne Schnitte, das sind Glas- und Metallmesser, praktisch
nicht möglich, da nach längstens 10 000 Schnitten die Klinge gewechselt bzw. neu geschärft werden muß,
was auf jeden Fall zum Unterbrechen der Schnittserie zwingt. Es läßt sich aber bei der erfindungsgemäßen
Anordnung durch Verwendung einer Kohlendioxyd kühlung ohne weiteres der Temperaturbereich auf
mehr als das doppelte Ausmaß erhöhen, z. B. von -50 bis +150° C durch Wegfall der Wasserkühlung
und der damit gegebenen Grenze der Siedetemperatur des Wassers, womit ein Gesamtvorschub von wenigstens
0,5 mm erreicht werden kann.
Eine wirksame Verbesserung bzw. Steigerung der Gesamtvorschublänge kann auch nach der in Fig. 2
gezeigten Weise erfolgen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung des Vorschubsystems wird nämlich
auch bei relativ gut wärmeleitendem Material des Stabes 1 (z. B. Messing bei einer freien Stablänge von
40 cm) nur etwa ein Drittel der freien Stablänge zwischen dem Block 2 und dem Führungsring 7 erwärmt,
wogegen die restliche Stablänge infolge der langsamen Wärmefortpflanzung nicht erwärmt wird
und daher für den Vorschub nicht in Betracht kommt. Die Anordnung nach Fig. 2 verzichtet auf die Fortpflanzung
der Wärme durch Leitung und verwendet die Wärmekonvektion. Der Vorschubstab ist hier
durch einen rohrförmigen Körper 19 ersetzt, welcher von dem Wärmeübertragungsmedium, das auch als
Kühlmittel dienen kann, z. B. Wasser, durchströmt wird. Eine z. B. außerhalb des Rohrkörpers 19 liegende
Rücklaufleitung 20 sorgt für den Umlauf des Wärmeübertragungsmediums, das bei geschlossenem
System durch Thermosyphonwirkung in Richtung der Pfeile in Umlauf gehalten wird. An diesem Rohrsystem,
das zweckmäßig zur Gänze mit der Isolation 5 umgeben ist, sind entsprechende Anschlüsse, z. B.
Schlauchansätze 21 und 22 für die Zu- und Ableitung des Kühl- und Konvektionsmediums, vorgesehen, die
so ausgebildet sind, daß das Konvektionsmedium immer eine ununterbrochene Säule im Umlaufsystem
ohne Lufteinschlüsse darstellt.
Bei diesem der Zentralheizung ähnlichen System wird die gesamte freie Stablänge zwischen dem
Block 2 und dem Führungsring 7 erwärmt und somit für den Vorschub voll ausgenutzt, und es läßt sich bei
dieser Anordnung unter Verwendung von Wasser als Wärmetransport- und Kühlmedium ein Gesamtvorschub
erzielen, der über 0,5 mm hinausgeht. Dabei kann, wie in Fig. 2 dargestellt, die Wasserkühlung
direkt mit dem Konvektionssystem verbunden sein, womit eine sehr rasche Abkühlung des Stabes 1 garantiert
wird.
Diese Abkühlung geht auch bei der in Fig. 3 beispielsweise dargestellten Bauweise mit getrenntem
Kühlsystem (Kühlkammer 23 oder Bohrung 14 wie in Fig. 1) und Konvektionssystem (Rohre 19, 20) durch
eine — in ihrer Richtung derjenigen beim Aufheizen (volle Pfeile) entgegengesetzte — Konvektionsströmung
(strichlierte Pfeile) hinreichend rasch, so daß auch diese getrennte Anordnung gute Ergebnisse
zeitigt. Außerdem ist es durch diese getrennte Anordnung von Kühl- und Konvektionssystem bei Verwendung
eines Konvektionsmediums mit höherem Siedebzw, niederem Gefrierpunkt (z. B. Siliconöl) möglich,
unter Verwendung einer Kohlendioxydkühlung23 den Gesamtvorschub im Vergleich zu der Anordnung
nach Fig. 2 mit vereinigtem Konvektions- und Kühlsystem unter Verwendung von Wasser als Medium
noch beträchtlich zu steigern, womit allen seitens der Elektronen- und Phasenkontrastmikroskopie gestellten
Ansprüchen entsprochen werden kann. Eine Nachfüllöffnung 24 und Ablaßöffnung 25 samt entsprechenden
Schraubenverschlüssen 26 (mit Kapillare) und 27 ermöglichen einen Wechsel des Konvektionsmediums.
Ebenso kann hierbei innerhalb oder außerhalb des Blockes in die Umlaufleitung eine mechanische Vor
richtung (ζ. Β. Kreisel- oder Membranpumpe) eingebaut sein, die einen vollkommen gleichmäßigen Umlauf
des Wärmeübertragungsmediums sicherstellt.
Die Bewegung des freien Stabendes erfolgt im Rahmen der Erfindung grundsätzlich in einer geschlosse-
nen Bahn, bei welcher das Präparat nur beim Schneidevorgang selbst auf das Messer trifft. Das
Ausbiegen des Stabes kann auch mit der Hand erfolgen, die den Stab 1 an dem Führungsring 7 hält und
entlang einer geeigneten Führungsschablone od. dgl.
den Schneidezyklus ausführt. Zur Erzielung ultradünner, das ist für elektronenmikroskopische Zwecke
geeigneter Schnitte ist es wichtig, daß das Schnittobjekt bei allen aufeinanderfolgenden Schnitten immer
genauestens auf den gleichen Abschnitt der Messerschneide auftrifft, wobei Verschiebungen von höchstens
5 μ zulässig erscheinen.
Zweckmäßig erfolgt die Führung des freien Stabendes nach einer Koppelkurve. Wie in Fig. 4 dargestellt,
befindet sich das Präparat zunächst an der Stelle29, die praktisch der Ruhelage des unausgebogenen
Stabes entspricht und gelangt, der Pfeilrichtung folgend, an die Stelle 28, an welcher der Schnitt stattfindet.
Vor und nach der Schnittstelle verläuft die Bewegung annähernd geradlinig. Selbstverständlich
können auch Koppelkurven anderer Gestalt benützt werden, wobei vorzugsweise mindestens ein Kurventeil
annähernd geradlinig ist. Dadurch, wie auch durch die geringen Abmessungen der Anschnittfläche (in der
Elektronenmikroskopie finden Schnitte von maximal 1 · 1 mm Verwendung), können die Abmessungen der
in Fig. 4 dargestellten Bahn sehr klein gehalten werden, so daß diese Darstellung etwa der 2- bis 3fachen
natürlichen Größe entspricht.
Die spezielle Führung zur Bewegung des Stabendes nach der Bahn einer solchen Koppelkurve ist erfindungsgemäß
mittels einer mechanischen Führungsvorrichtung lösbar, welche aus einer Anordnung bestehen
kann, die durch einen mittels einer Antriebswelle betätigten, z. B. auf und ab bewegten Steuerhebel
und durch einen an diesem Hebel befestigten Lenkhebel gebildet ist und die durch den Vorschub
und die Ausbiegung des Stabes bedingten Verschiebungen zuläßt bzw. selbst aufnimmt.
Der hierdurch gegebene geradlinige Verlauf der Präparatbewegung an der Schnittstelle sichert auch
bei kleinen Bahndurchmessern (größter Durchmesser der Koppelkurve z. B. 10 bis 20 mm) einwandfreie
und gleichmäßige Schnitte der geforderten Dicke praktisch ohne jeglichen Ausschuß. Die erfindungsgemäße
Führungsvorrichtung ist dabei frei von Präzisionsteilen und hat dadurch eine praktisch unbegrenzte
Lebensdauer.
Ein derartiges, in den Fig. 1 und 5 bis 9 beispielsweise dargestelltes mechanisches System zur elastischen
Stabführung nach einer Koppelkurve ist erfindungsgemäß für alle Mikrotome mit kontinuierlichem,
thermischem oder mechanischem Präparat- oder Messervorschub zwischen je zwei Schnitten geeignet, kann
aber auch mit Mikrotome mit mechanischem, nicht kontinuierlichem, ruckweisem Messer- oder Präparatvorschub
mit Vorteil angewendet werden.
Selbstverständlich ist auch das erfindungsgemäße thermische Vorschubsystem nicht an die in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen speziellen mechanischen Führungsvorriehtungen gebunden. Es kann
ebenso ein beliebiger anderer Führungsmechaniismus Verwendung finden, soweit dieser die Verschiebungen,
welche durch den Vorschub und die Auslenkung des Präparatträgers nach einer kreisartigen oder kreisähnlichen
Bahn bzw. geschlossenen Kurve entstehen, zuläßt oder selbst aufnimmt.
Die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung nach einer Koppelkurve läßt sich, wie bereits erwähnt, an
Geräten der verschiediensten Typen verwirklichen. Im Rahmen der dargestellten Ausführungsbeispiele sind
zwei mögliche konstruktive Lösungen der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung veranschaulicht, und
zwar in Verbindung mit einem elastisch ausbiegbaren Stab, an dessen freiem Ende das Schnittobjekt aufgeblockt
ist. Selbstverständlich ist die Erfindung aber nicht auf diese speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern kann auch auf Mikrotome mit anderen, ζ-. B . frei ausilenkbaren Präpairatträgern Anwendung
finden.
Das in den Fig. 5 und 6 gezeigte Ausführungsbeispiel
einer solchen mechanischen Führung weist als wesentlichen Bestandteil einen zweiarmigen Steuerhebel
mit zwei Hebelarmen 30, 31 und drei Lageraugen 32, 33, 34 auf. Dieser Steuerhebel greift mit
seinem oberen, als Pendelkugellager ausgebildeten Lagerauge 34 an dem freien Ende des Stabes 1 an,
welcher von diesem Lagerauge umfaßt wird. Das ebenfalls als Pendelkugellager ausgebildete Lagerauge
32 umfaßt einen Kurbelzapfen 35 einer Kurbel 36 bzw. einen Exzenter, wobei die Kurbel bzw. der Exzenter
auf einer Welle 37 befestigt ist, die mittels einer Kurbelscheibe oder Handrades 38 oder eines
elektrischen Antriebes in Rotation versetzt wird. Der Kurbelkreis des Kurbelzapfens 35 bzw. des Exzenters
ist zum Zwecke der Gestaltung der Koppelkurve in diesem Falle so· bemessen, daß er die gedachte Verlängerung
der Längsachse des Hebelarmes 31 des Steuerhebels nicht berührt. Da die Welle 37 zum
Stab 1 parallel angeordnet ist, wird der Steuerhebel 30, 31 mittels der Kurbel 36 bzw. des Exzenters in
einer den Stab 1 schneidenden Vertikalebene in schwingende und auf und ab gehende Bewegung versetzt.
Damit diese Schwingbewegung des Steuerhebels 30, 31 in bestimmter Weise zur Ausführung einer
Koppelkurve steuerbar ist, greift am mittleren, z. B. als Rillenkugellager ausgebildeten Lagerauge 33 des
Steuerhebels ein einarmiger Lenkhebel 39 mittels eines Zapfens 40 an. Der einarmige Lenkhebel 39 steht vom
Scheitel des von den beiden Hebelarmen 30, 31 gebildeten Winkels nach außen ab und schwingt in einer
den Stab 1 schneidenden Vertikalebene um einen als Pendelkugellager ausgebildeten ortsfesten Stützpunkt
41. Dieser Lenkhebel 39 führt das obere Lagerauge 34 des Steuerhebels 30, 31 und damit den Stab 1 während
dessen Abwärtsbewegung in einer annähernd geraden Bahn, wogegen er die Aufwärtsbewegung des
Steuerhebels 30, 31 und des Stabes 1 in einer stark ausholenden Kurve lenkt. Die resultierende Bewegung
setzt sich somit aus disr Bewegung des Kurbel·-'■
zapfens 35 auf dem Kurbelkreis und aus dem Schwingbogen des Lenkhebels 39 zusammen. Wesentlich ist'
dabei, daß der Steuerhebel 30, 31 infolge seiner alte Pendellager ausgebildeten Lageraugen 32 und 34 und
des als Pendellager ausgebildeten Stützpunktlagers 41 dem Stabvorschub und der Stabausbiegung folgen
kann.
Die Führung zur Bewegung des freien Endes dies
Stabes 1 funktioniert in folgender Weise: Bei Drehung
der Welle 37 führt die Kurbel 36 bzw. der Exzenter eine kreisförmige Bewegung aus. Der Steuerhebel 30,
31 wird dabei vom Kurbelzapfen 35 oder vom Exzenter unter Mitwirkung des Lenkhebels 39 in einer den
Stab 1 schneidenden Vertikalebene derart geführt, daß sich das Stabende in der Bahn eimer sogenannten
Koppelkurve bewegt.
Mit der erfindungsgemäßen Führung kann durch
geeignete Wahl der für das Zustandekommen der Koppelkurve ausschlaggebenden Bedingungen, "das
sind die Länge der Hebel bzw. Hebelarme, die Größe des Winkels, welchen die beiden Hebelarme des
Steuerhebels 30, 31 einschließen sowie die gegenseitige Lage der Welle 37 einerseits und des Stützpunktlagers 41 anderseits, bei vorgegebenem Radius
der Exzenter- bzw. Kurbelzapfenbahn eine Bahn mit annähernder Geradführung hei der Schnittstelle 28
für einen Teil des Kurvenweges erhalten werden, wobei die als Pendelkugellager ausgebildeten Lageraugen
32, 34 und 41 auf das durch die Ausbiegung bzw. Ausdehnung des Stabes 1 hervorgerufene Ausschwenken
des Steuerhebels 30, 31 aus der \^ertikalebene
Rücksicht nehmen.
Die weitere, in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellte Lösung der erfindungsgemäßen Führung unterscheidet
sich von der ersten Konstruktion nur dadurch, daß an Stelle der Ausbildung der Lageraugen 32, 34 und 41
als Pendelkugellager der obere Arm 31 des Steuerhebels und der Lenkhebel 39 aus elastischen Federelementen
42, 43 gebildet sind, welche genauso wie die
Pendellager dem Steuerhebel 30, 31, der Anordnung 30, 42 die Möglichkeit des seitlichen Ausweichens aus
der Vertikalebene entsprechend dem Stabvorschub und der Stabausbiegung geben.
Zu diesem Zweck ist der Hebelarm 30 z. B. aus einem Profilstab gebildet, der an seinem unteren Ende
das den Exzenter 44 umfassende, z. B. buchsenartige Lagerauge 45 und an seinem oberen Ende einen Spannkopf
46 trägt. Dieser Spannkopf 46 besitzt an einer seiner Seitenflanken eine Ausnehmung 47. in welche
eine den zweiten Hebelarm darstellendes Federblatt 42 mit einem Ende passend eingesetzt ist. Eine das
Federblattende durchsetzende und in den Spannkopf 46 eingreifende Klemmschraube 48 fixiert das Federblättin
seiner Lage. Die Stirnfläche des Spannkopfes 46 ist abgestumpft und besitzt ebenfalls eine Rast 49
für das Ende eines als Lenkhebel dienenden Federblattes 43, welches mittels einer Schraube 50 am
Spannkopf 46 festschraubbar ist. Das den Hebelarm bildende Federblatt 42 steht mit seiner Fläche in der
den Stab 1 schneidenden Vertikalebene und kann sich daher infolge seiner Elastizität aus dieser Ebene aus-
ίο
biegen. Das obere Ende dieses Federblattes 42 ist mittels einer Schraube 51 in einer dem Blattende angepaßten
Rast des oberen, z. B. buchisenartiigen Lagerauges
52 befestigt. Das den Lenkhebel bildende Federblatt 43 ist mit seinem einen Ende mittels der
Schraube 53 am artsfesten Lagerstützpunkt 54 in annähernd horizontaler Lage starr befestigt, so daß das
Federblatt 43 zusammen dem Steuerhebel 30, 42 in vertikaler Richtung auf und ab schwingen kann.
Bei dieser Ausführung des Steuerhebels und des Lenkhebels gewährleistet das Federblatt 43 die Lenkung
des Steuerhebels 30, 42 bei dessen Aufundabschwingen,
wogegen das Federblatt 42 die Abweichung des oberen Lagerauges 52 aus der den Stab in seiner
Ruhelage schneidenden Vertikalebene entsprechend dem Stabvorschub und der Stabausbiegung zuläßt sowie
auch die geringe seitliche Stabausbiegung z. B. an der Schnittstelle 28 durch ihre Torsionsfähigkeit
erlaubt. Es werden also· mit dieser Führung die gleichen Effekte erzielt wie beim ersten Ausfühirungsbeiispiel,
doch ist die praktische Durchführung wesentlich einfacher, durch die Verwendung von Federn
exakter und infolge der Ersparnis von besonderen Präzisionsteilen bedeutend billiger. Dies trifft auch
zu, wenn die beiden Lageraugen 45 und 52 als Rillenkugellager ausgebildet sind, wie dies in den Fig. 7, 8
und 9 vorausgesetzt wird.
Die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung für Mikrotome kann· auch so ausgebildet sein, daß nur
einer der beiden Hebeil ein Federblatt an Stelle eines Hebelarmes besitzt und der andere Hebel zur Gänze
starr ist. Beispielsweise ist ein Führungssystem günstig, bei welchem der obere Hebelarm des zweiarmigen
Steuerhebels durch ein Federblatt gebildet wird und der einarmige Lenkhebel selbst starr ist.
Claims (9)
1. Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom, mit einem gegen ein feststehendes Messer um die .
Schnitt dicke durch thermischen Vorschub vorrückbaren Präparat und einer Präparatfübrung,
die das Präparat zwischen zwei Schnitten in einer geschlossenen Bahn bewegt, so daß es im Verlauf
eines jeden Schneidezyklus nur einmal· das Messer berührt, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorschubsystem
eine thermisch isolierte Anordnung von gutem Wärmeleitvermögen und großer Wärmekapazität
vorgesehen ist, welche aus einem aufheizbaren Block und einem an diesem starr befestigten,
elastisch biegsamen Stab besteht, wobei das freie Stabende das Präparat trägt und an eine
Führungsvorrichtung angeschlossen ist, die zur Bewegung dieses Stabendes nach einer kreisartigen,
kreisähnlichen oder nach einer anderen in sich geschlossenen, nahe der Schnittstelle vorzugsweise
annähernd geradlinig verlaufenden Bahn,
z. B. als Koppelkurve, ausgebildet ist.
2. Mikrotom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschubsystem mit einer im
Innern des Blockes (2), z.B. in Bohrungen (15) oder in einer Mulde (17) angebrachten oder an der
Blockaußenseite anliegenden Heizung, z. B. elektrischen Widerstandsheizung (16), versehen ist.
3. Mikrotom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschubsystem mit
einer zumindest in den Block (2), gegebenenfalls auch in den Stab (1) eingebauten Kühlvorrichtung
ausgestattet ist. die für den Durchfluß eines Kühlmediums wie Wasser oder für die Abkühlung
durch Expansion vcei flüssigem komprimiertem Kohlendli'oxyd; od. dgl. bestimmt ist und1 aus Bohrungen
(14) bzw. einer Kammer (23) im Block, aus Rohren, einem Kühlmantel usw. besteht.
4. Mikrotom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab als rohrförmiger
Körper (19) für das Durchströmen mit einem Wärme- bzw. Kälteübertragungsmedium ausgebildet
ist und mit einer gegebenenfalls auch innerhalb des Stabes angeordneten Rücklaufleitung (20)
verbunden ist, wobei entsprechende Anschlüsse, z.B. Ventile, Schlauchansätze (21, 22), Schraubverschlüsse
(26, 27) usw., zur wablweisen Einstellung
auf Umlauf des Mediums im geschlossenen Kreislauf oder auf Verbindung mit einer außerhalb des Vorschubsystems liegenden Leitung
für das Medium vorgesehen sind.
5. Mikrotom nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab als robrförmiger
Körper (19) für das Durchströmen mit einem Wärmeübertragungsmedium ausgebildet ist und
mit einer gegebenenfalJs auch innerhalb des Stabes angeordneten Rücklaufleitung (20) verbunden ist,
wobei der Umlauf des Mediums in einem in sich geschlossenen System (19, 20) erfolgt, während
getrennt davon eine Kühlvorrichtung, z. B. Kühdwasserbohrung
(14), Kohlendibxydkühlkammer (23), vorgesehen ist.
6. Mikrotom nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Führungsvorrichtung
vorgesehen ist, welche aus einer Anordnung zur Bewegung des Präparates nach einer Koppelkurve besteht, die von einem mittels
einer Antriebswelle (37) betätigten, z. B. auf und ab bewegten Steuerhebel (30, 31 bzw. 30, 42) und
einem an diesem Hebel angelenkten Lenkhebel (39 bzw. 43) gebildet ist und-1 die durch den Vorschub
und die Ausbiegung bzw. Auslenkung eines das
Präparat tragenden Stabes (1) bedingten Verschiebungen zuläßt bzw. selbst aufnimmt.
7. Mikrotom nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsvorrichtung aus einem aus zwei Hebelarmen (30, 31) gebildeten Steuerhebel
mit drei Lageraugen (32, 33, 34) und einem einarmigen Lenkhebel (39) besteht, wobei der
zweiarmige Steuerhebel (30, 31) mit seinem am äußeren Ende des einen Hebelarmes (31J befindlichen,
als Pendelkugellager ausgebildeten Lagerauge (34) am freien Ende des Stabes (1) angreift
und mit dem am äußeren Ende des anderen Hebelarmes (30) befindlichen, gleichfalls als Pendelkugellager
ausgebildeten Lagerauge (32) den Kurbelzapfen (35) einer Kurbel (36) oder einen Exzenter
einer Antriebswelle (37) umfaßt, während am mittleren, als Rillenkugellager ausgebildeten
Lagerauge (33) des Steuerhebels (30, 31) der einarmige Lenkhebel (39) mittels eines Zapfens (40)
angreift, welcher Hebel seinerseits mit seinem anderen Ende um einen wieder als Pendelkugellager
(41) ausgebildeten ortsfesten Stützpunkt schwenkbar gelagert ist.
8. Mikrotom nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Führungsvorrichtung, bestehend aus
einem zweiarmigen Steuerhebel1 (30, 31), \vobei der eine einen Exzenter (44) bzw. einen Kurbelzapfen
einer Antriebswelle (37) z. B. mittels eines buchsenartigen Lagerauges (45) umfassende Hebelarm
(30) als starrer Profilstab od1. dgl. ausgebildet ist und an seinem anderen Ende einen Spannkopf
809 557/195
(46) trägt, an welchem einerseits ein den zweiten Hebelarm bildendes Federelement (42), das ein
Ausbiegen aus einer vertikal zum Stab" (1) stehenden Ebene zuläßt, befestigt ist, wobei das andere
Ende dieses FederelementeS' (42) an einem das
freie Ende des Stabes (1) umfassenden,, z. B. bucthsenartigen Lagerauge (52) befestigt ist, und
daß an dem Spannkopf (46) anderseits ein den Lenkhebel bildendes Federelement (43), das eine
Bewegung in einer Ebene vertikal vom Stab· (1) gestattet, angeordnet ist, wobei das andere Ende
dieses Fedeirefementes an einem ortsfesten Lagerstützpunkt
(54) starr befestigt ist.
9. Mikrotom nach Anspruch 6, dadurch gekenil·-
zeichnet, daß der an dem Stab (1) angreifiendle
Arm eines zweiarmigen Steuerhebels aus einem Federblatt (42) besteht, während der einarmige
Lenkhebel (39) starr ausgebildet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Journal of Research of the National Bureau of Standards, September 1949/43, S. 183 bis 199.
Journal of Research of the National Bureau of Standards, September 1949/43, S. 183 bis 199.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 809 557/195 6.58
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AT779306X | 1954-06-01 |
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Family Applications (1)
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DES42334A Pending DE1032572B (de) | 1954-06-01 | 1955-01-17 | Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom |
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DE (1) | DE1032572B (de) |
GB (1) | GB779306A (de) |
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1955
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