DE19531524C1 - Rotationsmikrotom mit einem Kurbelgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotationsmikrotom mit einem Kurbelgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derartigen Rotationsmikrotom wird der Objektschlitten zusammen mit dem daran angeordneten Objekthalter für die zu schneidende Probe in einer vertikalen Bahn am Rotationsmikrotom auf- und abbewegt. Die Probe wird bei dieser Bewegung über ein am Rotationsmikrotom fest angeordnetes Messer geführt.

Die Steuerung der vertikalen Schnittbewegung erfolgt bei bekannten Rotati­ onsmikrotomen in der Regel über ein Kurbelgetriebe, das mit einem Handrad angetrieben wird. Ein solches Kurbelgetriebe wandelt die Drehbewegung des Handrades in die vertikale Bewegung des Objektschlittens um. Bei dieser Art des Antriebs werden die im Rotationsmikrotom beweglichen Massen abwech­ selnd beschleunigt und wieder verzögert, wobei während einer ersten halben Drehung des Handrades die Gravitation die beweglichen Massen beschleunigt (Abwärtsbewegung des Objektschlittens). Bei der zweiten Halbdrehung des Handrades werden die beweglichen Massen über die Gravitation verzögert (Aufwärtsbewegung des Objektschlittens).

Während der Abwärtsbewegung des Objektschlittens ist so jeweils nur eine um die Gravitationskraft verringerte und während der Aufwärtsbewegung eine ent­ sprechend erhöhte Kraft am Handrad erforderlich.

Zum Ausgleich dieser unerwünschten Beschleunigungen und Verzögerungen sind Massenausgleichseinrichtungen bekannt, die aus einem asymmetrischen Ausgleichsgewicht bestehen, welches in das Handrad integriert ist.

Bei relativ großen beweglichen Massen im Rotationsmikrotom muß das Aus­ gleichsgewicht entsprechend groß dimensioniert sein. Ferner führt ein asymme­ trisches geformtes Ausgleichsgewicht dazu, daß bei schnelleren Auf- und Ab­ bewegungen des Objektschlittens im Rotationsmikrotom Vibrationen entstehen. Vibrationen im Mikrotom führen jedoch unweigerlich zu ungleichmäßigen und damit unbrauchbar geschnittenen Proben.

Eine Einrichtung die auf eine im Handrad angeordnete asymmetrisch geformte Masse verzichtet ist aus der DE 33 47 238 C1 bekannt. In dieser Schrift wird eine Massenausgleichseinrichtung beschrieben, die ein auf der Antriebswelle des Kurbelgetriebes befestigtes Kurvenelement aufweist. Auf das Kurvenelement wirkt ein schwenkbar gelagerter Hebel, dessen Druckkraft über ein Federele­ ment erzeugt wird. Das von dem Hebel erzeugte Drehmoment ist von der jewei­ ligen Stellung des Kurvenelementes abhängig.

Auf diese Weise ist es möglich, daß das vom Hebel erzeugte Drehmoment zum Drehmoment der beweglichen Massen in jeder Stellung des Kurbelgetriebes umgekehrt proportional ist und somit das Handrad über seinen gesamten Drehwinkel gleichmäßig betätigt werden kann.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß auch hier bei schnelleren Schnitt­ bewegungen noch Vibrationen durch das Kurvenelement auftreten, so daß gleichmäßige Schnitte nur mit einer relativ langsamen Antriebsgeschwindigkeit erzeugt werden können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend vom bekannten Stand der Technik, den Mikrotomantrieb so auszugestalten, daß auch bei höhe­ ren Antriebs- bzw. Schnittgeschwindigkeiten keine Vibrationen im Mikrotom auf­ treten.

Diese Aufgabe wird bei einem Rotationsmikrotom mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit dem derart ausgebildeten Rotationsmikrotom wird erreicht, daß die Massenausgleichseinrichtung über den Hebel und das Zugmittel von der Antriebseinrichtung mechanisch völlig entkop­ pelt ausgeführt ist. Das Prinzip der Erfindung besteht darin, daß der von der Masse des Vertikal-Schlittens erzeugten konstanten Gravitationskraft eine gleich große Kraft des Hebel-Feder-Systems entgegengesetzt wird. Der Handradan­ trieb trägt zum Massenausgleich nicht bei. Durch den Verzicht auf eine exzen­ trisch wirkende Masse werden bei höheren Schnittgeschwindigkeiten auch keine Vibrationen auf das Mikrotom übertragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hebel mit zwei winklig zueinander angeordneten Hebelarmen ausgestattet. Über die Hebelwir­ kungen und die angreifende Zugfeder an einem der Hebelarme können die auf den Objektschlitten wirkenden Kräfte in allen Stellungen entsprechend ange­ paßt werden.

Durch die einstellbare Vorspannung der Zugfeder lassen sich veränderbare Massenverhältnisse im Mikrotom ausgleichen. Damit kann in einfacher Weise eine Umrüstung des Objekthalters gegen einen Objekthalter für Flachpräparate, Kassetten u. a. erfolgen.

Durch die einstellbare Zugfeder und die besondere Ausgestaltung des Hebels wird eine veränderbare Kraft ausübt. Aus dieser, in Abhängigkeit von der Stel­ lung des Kurbelgetriebes veränderbaren Kraft, ergibt sich ein veränderbares Drehmoment der Massenausgleichseinrichtung, das dem Drehmoment der be­ weglichen Massen überlagert wird. Das resultierende Gesamtdrehmoment ist über den gesamten Drehwinkel konstant.

Über diese Anordnung wird so erreicht, daß der Objektschlitten in jeder Stellung entlang seiner Bewegungsbahn zum Stillstand gebracht werden kann, wenn auf ihn keine zusätzlichen Beschleunigungskräfte wirken. Der Schlitten läuft z. B. bei einem Präparatwechsel nicht zwangsläufig in seine untere Anschlagposition, sondern wird in jeder Stellung gehalten. Damit wird das Verletzungsrisiko durch eine unkontrollierte Schlittenbewegung ausgeschlossen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der schemati­ schen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das Mikrotom mit einem Kurbelgetriebe,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Mikrotoms mit der Massenausgleichs­ einrichtung,

Fig. 3 das Mikrotom mit der Massenausgleichseinrichtung in einer Aufsicht.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Rotationsmikrotom 1 mit einem Kurbel­ getriebe 2 zum Antrieb eines Objektschlittens 4. Zum Antrieb ist ein Handrad 16 mit einem Handgriff 17 vorgesehen, wobei das Handrad 16 mit einer Antriebs­ welle 18 verbunden ist. Die Antriebswelle 18 ist über zwei Kugellager 20 in ei­ nem Lagerbock 19 drehbar gelagert. Der Lagerbock 19 ist fest mit dem Grund­ gestell 23 des Rotationsmikrotoms 1 verbunden. Im Bereich des Lagerbocks 19 weist die Antriebswelle 18 eine symmetrische Schwungmasse 21 zur Stabilisie­ rung der Rundlaufeigenschaften aufgrund erhöhter Massenträgheit auf. Zur Einstellung einer Bremswirkung oder Arretierung des gesamten Antriebs ist der Schwungmasse 21 eine mit dem Grundgestell 23 verbundene Bremse 22 zuge­ ordnet.

An dem dem Handrad 16 gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 18 ist diese mit einem Kurbelarm 24 fest verbunden. Am anderen Ende des Kurbel­ arms 24 ist ein Kurbelzapfen 25 fest angeordnet. Der Kurbelzapfen 25 ist mit einem Pleuel 26 über ein Kugellager 30 verbunden. Am anderen Ende des Pleuels 26 ist ein weiteres Kugellager 28 vorgesehen, in dem ein Kurbelzapfen 27 gela­ gert ist. Der Kurbelzapfen 27 ist über eine Verschraubung 29 fest mit dem Ob­ jektschlitten 4 verbunden.

Am Objektschlitten 4 ist ein Objekthalter 5 zur Aufnahme einer zu schneidenden Probe lösbar befestigt. Der Objektschlitten 4 ist entlang einer vertikalen Füh­ rungsbahn 3 an einem Gestell 31 bewegbar angeordnet.

Eine Drehbewegung des Handrades 16 über den Handgriff 17 wird über das Kurbelgetriebe 2 mit der Antriebswelle 18, dem Kurbelarm 24, dem Pleuel 26 und dem Kurbelzapfen 27 auf den Objektschlitten 4 übertragen, so daß der Objekt­ schlitten 4 entlang der vertikalen Bahn 3 auf- und abbewegt wird.

Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß die im Rotationsmikrotom 1 bewegli­ chen Massen abwechselnd beschleunigt und wieder verzögert werden. Wäh­ rend der ersten halben Drehung des Handrades 16 werden über die Gravitation die beweglichen Massen beschleunigt (Abwärtsbewegung des Objektschlittens) und während der zweiten Halbdrehung des Handrades 16 die beweglichen Massen verzögert (Aufwärtsbewegung des Objektschlittens).

Diese ungleichen auf das Handrad 16 wirkenden Kräfte werden mit der Mas­ senausgleichseinrichtung 6 nahezu vollständig ausgeglichen. Dazu sind am Grundgestell 23 (hinter dem Gestell 31 für den Objektschlitten 4) ein Hebel 8 und am Gestell 31 eine drehbar gelagerte Umlenkrolle 13 angeordnet. Über die Umlenkrolle 13 läuft ein am Hebel 8 und am Objektschlitten 4 angelenktes Zugmittel 9, das in diesem Ausführungsbeispiel als Zahnriemen ausgebildet ist. Am anderen Ende des Hebels 8 greift ein als Zugfeder ausgebildetes Federe­ lement 7 (Fig. 2) an. Die Vorspannung des Federelements 7 läßt sich über eine Einschraubung 15, 15′ verstellen. Sie wird so eingestellt, daß in der oberen Stellung des Objektschlittens 4 eine für den Massenausgleich ausreichend kräf­ tige Zugspannung vorhanden ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Rotationsmikrotoms 1 mit der Massen­ ausgleichseinrichtung 6. Der Hebel 8 ist über eine Schwenkachse 10 an einem Lagerbock 32 schwenkbar gelagert und weist ausgehend von dieser Schwen­ kachse 10 einen oberen Hebelarm 11 und einen unteren Hebelarm 12 auf. Am Ende des Hebelarms 11 ist das Zugmittel 9 über eine Rolle 34 befestigt. Am Ende des unteren Hebelarms 12 ist das Federelement 7 über eine Stiftverbindung 36 angeordnet. Die beiden Hebelarme 11, 12 sind zueinander abgewinkelt ausge­ bildet, wobei der Abwinklung des kurzen Hebelarms gegenüber der Richtung des oberen Hebelarms eine besondere Bedeutung zukommt, die sich aus der weiter unten beschriebenen Wirkung ergibt.

Das Federelement 7 ist aus zeichnerischen Gründen im Bereich des Gestells 23 nur gestrichelt dargestellt. Sie ist an beiden Enden mit eingeschraubten Hülsen 15 versehen. Am einen Ende ist in die Hülse die Stiftverbindung 36 zum unteren Hebelarm 12 eingeschraubt. Am anderen Ende ist eine Spannschraube 15′ vor­ gesehen, mit der die Vorspannung der Feder 7 eingestellt werden kann. Zur besseren Zugänglichkeit ist das Grundgestell 23 im Bereich der Spann­ schraube 15′ mit einer Ausnehmung 35 versehen, so daß auch während des Be­ triebs des Mikrotoms 1 eine Einstellung des Federelements erfolgen kann. Dies kann immer dann notwendig werden, wenn sich die bewegten Massen des Kurbelge­ triebes 2, beispielsweise bei einem Wechsel des Objekthalters 5, ändern.

Das Zugmittel 9 ist über eine Schlaufe 37 mit der Rolle 34 verbunden und ist vorzugsweise als Zahnriemen ausgebildet. Der Zahnriemen läuft mit seiner glatten Rückenfläche 14 über die Umlenkrolle 13 und wird über eine Aufhän­ gung 33 mit dem Objektschlitten 4 verbunden.

Der Hebel 8 wird so nicht direkt mit dem Kurbelgetriebe 2 verbunden, sondern nur über die Aufhängung 33 des Zugmittels 9 am Objektschlitten 4. In der obe­ ren Stellung des Objektschlittens 4 ist die Zugfeder 7 bereits so stark gespannt, daß die der Masse des Objektschlittens entsprechende Gravitationskraft kom­ pensiert wird. Wird der Objektschlitten 4 abwärts bewegt, schwenkt der untere Hebelarm 12 in Pfeilrichtung aus. Gleichzeitig wird die Zugfeder 7 weiter ge­ spannt. Die für die Federspannung wirksame Länge des unteren Hebelarms 12 verkürzt sich dabei, so daß das Produkt aus wirksamem Hebelarm und Feder­ kraft nahezu konstant bleibt. Die geeignete Verkürzung des wirksamen Hebel­ arms hängt dabei ersichtlich von der Winkelstellung gegenüber dem langen He­ belarm ab. Während der Aufwärtsbewegung des Objektschlittens 4 verhält sich das System entsprechend. Der wirksame Hebelarm verlängert sich und die Fe­ derkraft nimmt ab.

Durch die winklige Anordnung der beiden Hebelarme 11 und 12 wird ferner erreicht, daß die Totpunkte der beiden Armstellungen nicht mit der oberen und unteren Endstellung des Objektschlittens 4 zusammenfallen. Die auf das Kur­ belgetriebe 2 bzw. den Objektschlitten 4 in diesen Endstellungen wirkenden Kräfte werden durch die winkligen Armstellungen und die zu- und abnehmende Zugkraft des Federelements 7 zu etwa 0 addiert.

Bei der Wahl des Zugmittels 9 sind eine Vielzahl von Variationen möglich. So können Zahnriemen, Seile oder auch Gliederketten verwendet werden. Das Zugmittel muß lediglich die Voraussetzung der Zugfestigkeit erfüllen bzw. es darf keine Dehnung zulassen.

Die Fig. 3 zeigt das Mikrotom 1 mit der Massenausgleichseinrichtung 6 in einer Aufsicht. Der Hebel 8 ist zusammen mit der Rolle 34 über die Schwenkachse 10 in dem Lagerbock 32 befestigt. Über das Zugmittel 9 ist der Hebel 8 an der Auf­ hängung 33 mit dem Objektschlitten 4 verbunden. Zwischen der vertikalen Füh­ rungsbahn 3 und dem Objektschlitten 4 ist ein Linearrollenlager oder eine Kreuzrollenführung 38 angeordnet. Der Umlenkrolle 13 für das Zugmittel 7 ist vorzugsweise ein Kugellager 39 zugeordnet.

Claims (12)

1. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) und einer Antriebseinrichtung (16, 18) zum Antrieb eines in einer vertikalen Bahn (3) auf- und abbewegbaren Objektschlittens (4) mit ei­ ner Aufnahme für einen Objekthalter (5) für eine Dünnschnittprobe, wobei die beweglichen Massen ausgleichende Massenausgleichseinrichtung (6) vorhanden ist, und wobei die Massenausgleichseinrichtung (6) ein vorgespanntes und einstellbar ausgebildetes Federelement (7) aufweist, welches über ei­ nen schwenkbar gelagerten Hebel (8) die unterschiedlichen Massenkräfte kompensiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (8) über ein Zugmittel (9) mit dem Objektschlitten (4) verbunden ist, wobei die Massenausgleichseinrichtung (6) über den Hebel (8) und das Zugmittel (9) mechanisch von der Antriebseinrichtung (16, 18) entkoppelt ist.

2. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hebel (8) um seine Schwenkachse (10) als einstückiges Bauelement mit zwei winklig zueinander angeordneten Hebel­ armen (11, 12) ausgebildet ist.

3. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Hebels (8) das Zugmittel (9) und an dem anderen Ende das Federelement (7) angeordnet ist.

4. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel (9) über eine Umlenkrolle (13) mit dem Objektschlitten (4) verbunden ist.

5. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel (9) als Zahnriemen ausgebildet ist.

6. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen (9) so angeordnet ist, daß er mit seiner glatten Rückenfläche (14) über die Umlenkrolle (13) läuft.

7. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel (9) als Seil ausgebildet ist.

8. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel (9) als Gliederkette ausgebildet ist.

9. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (7) als Zugfeder ausgebildet ist.

10. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (7) beidseitig über eine Einschraubhülse (15) fixiert ist.

11. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Federspannung über die eine Einschraub­ hülse (15) und eine Spannschraube (15′) veränderbar ausgebildet ist.

12. Rotationsmikrotom (1) mit einem Kurbelgetriebe (2) nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spannschraube (15′) zur Verstellung der Federspannung von außen zugänglich in einer Ausnehmung (35) des Rotationsmikrotoms (1) angeordnet ist.