AT398848B - MICROTOM, IN PARTICULAR ULTRAMICROTOM - Google Patents
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Description
AT 398 848 BAT 398 848 B
Die Erfindung betrifft ein Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom, mit einem Gerätesockel, mit einem in einer Lageranordnung schwenkbar gelagerten Präparatträgerstab und mit einer zur Verschiebung eines Messerträgers bzw. Messers vorgesehenen Mikrometerspindel, wobei die Lageranordnung für den Präparatträgerstab und die im wesentlichen unterhalb des Messerträgers bzw. Messers liegende Lagerung für die Mikrometerspindel mit dem Gerätesockel in Verbindung stehen.The invention relates to a microtome, in particular an ultramicrotome, with a device base, with a specimen carrier rod pivotably mounted in a bearing arrangement and with a micrometer spindle provided for displacing a knife carrier or knife, the bearing arrangement for the specimen carrier rod and essentially below the knife carrier or knife horizontal bearings for the micrometer spindle are connected to the device base.
Im Hinblick auf eine Reduktion des Gewichtes ohne eine Minderung der Verwindungssteifigkeit wurden nach dem Vorbild des von Porter und Blum 1953 entwickelten Ultramikrotoms (vgl. K.R. Porter und J. Blum, A study in microtomy for electron microscopy, Anatomical Record, Band .117, Sn. 685 - 710, 1953) ab 1953 zunächst die meisten Ultramikrotome zur Gänze aus Aluminiumlegierungen aufgebaut (u.a. Sorvall-Dupont-RMC-Ultramikrotome MT1 und MT2, Reichert-Ultramikrotome OmU2 und OmU3). Man erkannte jedoch bald, daß Aluminiumkonstruktionen neben dem Vorteil einer hohen Verwindungssteifigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht den Nachteil eines sehr hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie eines sehr hohen Wärme-Leitvermögens aufweisen. Diese Nachteile führen dazu, daß sich bei Temperaturänderungen im Raum oder einfallender Wärmestrahlung (z.B. Sonnenstrahlung, Wärmestrahlung der Bedienungsperson) Längenänderungen ergeben, welche im u.m-Bereich und damit weit über dem Dickenbereich ultradünner Schnitte liegen, der normal zwischen etwa 0,02 und 0,2 um liegt. Es ist demnach schwierig, mit derartigen Aluminniumkonstruktionen reproduzierbar gleichmäßige Schnittdicken im minimalen Dickenbereich um 0,02 um zu erhalten. Das Phänomen ist bei der Schnittpräparation bei reduzierter Temperatur ("Kyro-Ultramikrotomie" im Temperaturbereich zwischen etwa -80°C und -190°C) so ausgeprägt, daß Aluminiumkonstruktionen für diese Arbeiten kaum geeignet sind (vgl. H. Sitte und K. Neumann, Ultramikrotome und apparative Hilfsmittel für die Ultramikrotomie, in: G. Schimmel und W. Vogell, Methodensammlung der Elektronenmikroskopie, Wissenschaftliche Verlags GmbH Stuttgart 1983, Lieferung 11, Sn. 69 - 91, insbesondere Seite 85). Ab 1958 wurden daher erstmals von LKB mit dem Ultramikrotom LKB-Ultrotome, wiederum Geräte in Stahlkonstruktion angeboten und teilweise hochlegierte Stähle mit extrem geringer Thermoexpansion (z.B. hochlegierte Nickelstähle wie "Invar" von Krupp oder ähnliche Fabrikate) eingesetzt, um Längenänderungen der entscheidenden Konstruktionselemente (z.B. Präparatträgerstab, Messer- und Objekthalterung) auszuschalten oder zumindest auf ein geringes Maß einzuschränken (Geräte mit Stahlkonstruktion u.a. LKB-Ultrotome l/lll/IV/V sowie LKB-Nova und LKB-SuperNova, Reichert-Jung ULTRACUT und ULTRACUT-E sowie Sorvall-Dupont-RMC MT5000 und MT6000). Allen genannten aus Stahl aufgebauten Geräten ist ein extrem hohes Gewicht eigen. Darüber hinaus ist es aus Preisgründen nicht möglich, den im Hinblick auf die erforderliche Verwindungssteifigkeit besonders schweren Gerätesockel aus Spezialstählen minimaler Thermoexpansion (z.B. "Invar mit 35,5 % Ni) auszubilden.With a view to reducing weight without reducing torsional stiffness, models were developed based on the ultramicrotome developed by Porter and Blum in 1953 (see KR Porter and J. Blum, A study in microtomy for electron microscopy, Anatomical Record, volume .117, Sn . 685 - 710, 1953) from 1953, most of the ultramicrotomes were made entirely of aluminum alloys (including Sorvall-Dupont-RMC ultramicrotomes MT1 and MT2, Reichert ultramicrotomes OmU2 and OmU3). However, it was soon recognized that, in addition to the advantage of high torsional rigidity and comparatively low weight, aluminum constructions have the disadvantage of a very high coefficient of thermal expansion and very high heat conductivity. These disadvantages mean that changes in temperature in the room or incidence of heat radiation (for example solar radiation, heat radiation from the operator) result in length changes which are in the um range and thus far above the thickness range of ultra-thin cuts, which is normally between about 0.02 and 0, 2 µm. It is therefore difficult to reproducibly obtain uniform slice thicknesses in the minimum thickness range around 0.02 μm with such aluminum structures. The phenomenon is so pronounced in cutting preparation at a reduced temperature (" kyro-ultramicrotomy " in the temperature range between about -80 ° C and -190 ° C) that aluminum structures are hardly suitable for this work (cf. H. Sitte and K. Neumann, ultramicrotomes and equipment for ultramicrotomy, in: G. Schimmel and W. Vogell, collection of methods of electron microscopy, Wissenschaftliche Verlags GmbH Stuttgart 1983, delivery 11, sn. 69 - 91, in particular page 85). From 1958 onwards, LKB offered the ultramicrotome LKB-Ultrotome, again devices in steel construction, and partly high-alloy steels with extremely low thermal expansion (e.g. high-alloy nickel steels such as " Invar " from Krupp or similar products) were used to change the length of the decisive construction elements ( e.g. specimen carrier rod, knife and specimen holder) or at least to a limited extent (devices with steel construction including LKB-Ultrotome l / lll / IV / V as well as LKB-Nova and LKB-SuperNova, Reichert-Jung ULTRACUT and ULTRACUT-E and Sorvall -Dupont-RMC MT5000 and MT6000). All of the devices made of steel are extremely heavy. In addition, for price reasons, it is not possible to design the device base, which is particularly heavy with regard to the required torsional rigidity, from special steels with minimal thermal expansion (e.g. " Invar with 35.5% Ni).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom, der eingangs genannten Gattung zu realisieren, bei dem auf einfache Weise ein leichter, in der Fertigung wie im Versand preisgünstiger und in der Manipulation vorteilhafter sowie verwindungssteifer Gerätesockel als Träger für alle Elemente der Präzisionsmechanik der Messer- und Objekthalterung verwendet werden kann, ohne daß die Nachteile einer großen Thermoexpansion bzw. eines hohen Wärmeleitvermögens störend in Erscheinung treten.It is therefore an object of the present invention to implement a microtome, in particular an ultramicrotome, of the type mentioned at the beginning, in which a simple device base, as a carrier for all elements of the device, is light, inexpensive to manufacture and shipping, and advantageous in terms of manipulation and torsion-resistant Precision mechanics of the knife and object holder can be used without the disadvantages of a large thermal expansion or a high thermal conductivity.
Zusätzliche Aufgabe im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Erfindung ist es, die Temperaturschwankungen des Gerätesockels sowie der daran angelenkten Präzisionsteile möglichst gering zu halten, um durch diese einfachen zusätzlichen Maßnahmen die Präzision des Ultramikrotoms im Grenzbereich noch weiter zu steigern.An additional object within the scope of an embodiment of this invention is to keep the temperature fluctuations of the device base and the precision parts articulated thereon as low as possible in order to further increase the precision of the ultramicrotome in the border area by means of these simple additional measures.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein an sich bekannter, in der axialen Verlängerung der Mikrometerspindel angeordneter und in axialer Richtung spielfrei an die Mikrometerspindel angeschlossener Verlängerungsstab vorgesehen ist, der sich bis zu einem geometrischen Ort erstreckt, der im wesentlichen vertikal unter der Lageranordnung des Präparatträgerstabes liegt, und daß der Verlängerungsstab am genannten geometrischen Ort in axialer Richtung spielfrei mit dem Gerätesockel oder einem gerätesockelfesten Bauteil in Verbindung steht.According to the invention, this is achieved in that an extension rod known per se, arranged in the axial extension of the micrometer spindle and connected in the axial direction without play to the micrometer spindle, is provided, which extends to a geometrical location which is substantially vertical under the bearing arrangement of the specimen carrier rod lies, and that the extension rod is at the geometric location mentioned in the axial direction without play with the device base or a device base fixed component in connection.
Durch eine solche Ausbildung gehen durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Längenänderungen des Gerätesockels nicht störend in die relative Lage zwischen Messer und Präparat ein. Vielmehr geht bei Temperaturschwankungen im wesentlichen nur die thermisch bedingte Längenausdehnung des Verlängerungsstabes im Verhältnis zu der des Präparatträgerstabes in die relative Lage zwischen dem Messer und dem freien Präparatträgerstabende ein. Eine bis in etwa unter das Lager des Präparatträgerstabes verlängerte Spindel ist zwar aus der DE-PS 1 117 900 bereits bekannt. Die Beschreibung und die Figur des genannten deutschen Patentes geben jedoch über die genaue Funktion dieser Spindel keinerlei Aufschluß. Jedenfalls ist das Stirnradgetriebe, welches die Drehbewegung am Knopf 65 in eine Drehbewegung der Spindel umsetzt, keine spielfreie Verbindung, wie sie für den Erfindungsgegenstand wesentlich ist. Durch Drehen am Knopf 65 in der einen Drehrichtung kann man zwar bewirken, daß sich der Teil 66 des 2With such a design, changes in length of the device base caused by temperature fluctuations do not interfere with the relative position between the knife and the preparation. Rather, in the case of temperature fluctuations, essentially only the thermally induced longitudinal expansion of the extension rod in relation to that of the specimen carrier rod goes into the relative position between the knife and the free specimen carrier rod end. A spindle extended to approximately below the bearing of the specimen carrier rod is already known from DE-PS 1 117 900. However, the description and the figure of the mentioned German patent do not provide any information about the exact function of this spindle. In any case, the spur gear, which converts the rotary movement on the knob 65 into a rotary movement of the spindle, is not a play-free connection, as is essential for the subject matter of the invention. By turning the knob 65 in one direction of rotation, one can cause the part 66 of the second
AT 398 848 B bekannten Mikrotoms nach vorne (also vom Stirnradgetriebe weg) bewegt, ein Heranziehen des Teiles 66 zum Stirnradgetriebe hin ist aber mit der dargestellten Einrichtung nicht mehr möglich, weil dann einfach das an der Verlängerung der Spindel befestigte Stirnrad vom anderen Stirnrad abheben würde. Weiters ist festzustellen, daß die Spindel des genannten deutschen Patentes 1117900 nicht in einem gerätesockelfe-5 sten Lager unterhalb des Messers axial verschiebbar gelagert ist, wie dies beim Erfindungsgegenstand der Fall ist. Auch stellt das mit dem Drehknopf 65 in Verbindung stehende Stirnrad keinen gerätesockelfesten Bauteil dar.AT 398 848 B known microtome moved forward (i.e. away from the spur gear), pulling the part 66 towards the spur gear is no longer possible with the device shown, because then the spur gear attached to the extension of the spindle would simply lift off the other spur gear . It should also be noted that the spindle of the aforementioned German patent 1117900 is not axially displaceably mounted in a device-base bearing below the knife, as is the case with the subject matter of the invention. Also, the spur gear connected to the rotary knob 65 is not a component that is fixed to the device base.
Durch die konstruktiven Unterschiede zum Erfindungsgegenstand ist das bekannte Mikrotom nicht in der Lage, die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, insbesondere die Auswirkungen von Temperatur-10 Schwankungen möglichst gering zu halten. Die erfindungsgemäße Lehre, praktisch unvermeidbare temperaturbedingte Längenänderungen durch die "spielfreie Verlängerung" der Mikrometerspindel unwirksam zu machen, sodaß die entscheidende relative Lage zwischen Messer und freiem Ende des Präparatträgerstabes sich temperaturbedingt nicht ändert, ist in der DE-PS 1117900 weder geoffenbart noch nahegelegt. Im Gegenteil, in der genannten DE-PS geht die Lehre darin, den Sockel absichtlich mittels eines Elektroma-75 gneten zu verbiegen, um damit einen Rückzug des Messers zu bewirken.Due to the structural differences from the subject matter of the invention, the known microtome is unable to achieve the object of the invention, in particular to keep the effects of temperature fluctuations as low as possible. The teaching according to the invention, practically unavoidable temperature-related changes in length due to the " play-free extension " To make the micrometer spindle ineffective, so that the decisive relative position between the knife and the free end of the specimen carrier rod does not change due to temperature, is neither disclosed nor suggested in DE-PS 1117900. On the contrary, the teaching in the aforementioned DE-PS is to intentionally bend the base by means of an electroma grinder in order to cause the knife to withdraw.
Die erfindungsgemäße Ausbildung erlaubt es, wesentlich leichtere Materialien für den Gerätesockel zu verwenden, die eine kostengünstige Herstellung ermöglichen und die Versandkosten senken. Verwindungssteife Sockel können vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.The design according to the invention makes it possible to use much lighter materials for the device base, which enable cost-effective production and reduce the shipping costs. Torsionally rigid bases can preferably consist of aluminum or an aluminum alloy.
Auf diese einfache Weise kann nicht nur die Thermoexpansion des Gerätesockels (Aluminiumsockels) 20 ausgeschaltet werden, sondern beispielsweise bei Einsatz von hochlegierten Nickelstählen (z.B. "Invar", "Indilatans", "Dilatherm" oder andere handelsübliche Legierungen) als Material für den Verlängerungsstab ohne höhere Kosten ein Effekt erreicht werden, welcher der aus Preisgründen unmöglichen Ausbildung des gesamten Sockels aus einer derartigen Speziellegierung entspricht, wobei es besonders vorteilhaft ist, den Präparatträgerstab und den darunter angeordneten Verlängerungsstab zwischen der Mikrometerspindel und 25 dem Gerätesockel aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Material extrem geringer Thermoexpansion (kleiner als 2.10-SK-1, vorzugsweise kleiner als 0,5.10-6 K-1), herzustellen, so daß beide Elemente auf Temperaturänderungen gleichsinnig und mit gleichen Längenänderungen reagieren. Als solche Materialien eignen sich neben hochlegierten Nickelstählen insbesondere auch Quarz und Glaskeramik.In this simple way, not only can the thermal expansion of the device base (aluminum base) 20 be switched off, but for example when using high-alloy nickel steels (e.g. " Invar ", " Indilatans ", " Dilatherm " or other commercially available alloys as material for the Extension rod an effect can be achieved without higher costs, which corresponds to the formation of the entire base from such a special alloy, which is impossible for reasons of price, it being particularly advantageous for the specimen carrier rod and the extension rod arranged underneath it to be between the micrometer spindle and the device base made of the same material, in particular from a material of extremely low thermal expansion (less than 2.10-SK-1, preferably less than 0.5.10-6 K-1), so that both elements react to temperature changes in the same direction and with the same length changes. In addition to high-alloy nickel steels, quartz and glass ceramic are particularly suitable as such materials.
Durch zumindest eine gelenkige Verbindung mit zumindest einem Freiheitsgrad der Rotation bleibt die so Mikrometerspindel um ihre Längsachse drehbar. Die angeführte gelenkige Verbindung zwischen der Mikrometerspindel und dem Verlängerungsstab und/oder dem Verlängerungsstab und dem Gerätesockel kann vorzugsweise durch eine in Achsrichtung wirkende Federvorspannung stets spielfrei gehalten werden. Die angeführte gelenkige Verbindung zwischen der Mikrometerspindel und dem Gerätesockei und/oder dem Verlängerungsstab dem Gerätesockel kann erfindungsgemäß in verschiedener Weise entweder durch 35 ein Spitzenlager oder durch eine hochglanzpolierte hinreichend harte Lagerkugel (z. B. Kugellager-Stahlkugel oder Quarzkugel) bewirkt werden, welche entweder durch kreisförmige Linienberührung (wie beispielsweise aus der AT-PS 199903 an sich bekannt) oder durch Kugelflächen gleicher Radien ("Kalotten") mit den beiden angrenzenden Teilen in Kontakt steht.The micrometer spindle thus remains rotatable about its longitudinal axis by at least one articulated connection with at least one degree of freedom of rotation. The above-mentioned articulated connection between the micrometer spindle and the extension rod and / or the extension rod and the device base can preferably be kept free of play at all times by a spring preload acting in the axial direction. The above-mentioned articulated connection between the micrometer spindle and the device base and / or the extension rod of the device base can, according to the invention, be effected in various ways either by a tip bearing or by a highly polished, sufficiently hard bearing ball (e.g. ball bearing steel ball or quartz ball), which either is in contact with the two adjacent parts by circular line contact (as known per se, for example from AT-PS 199903) or by spherical surfaces of the same radii ("calottes").
Um unerwünschte Zwangskräfte auf die sensible Mikrometerspindel auszuschalten, kann der erwähnte 40 Verlängerungsstab beidseitig mit derartigen gelenkigen Verbindungen, die Verdrehungen um die Stabachse, aber keine axialen Verschiebungen zulassen, versehen werden oder einseitig als Federstab oder Federkardan ausgebildet und lediglich auf der anderen Seite mit einer derartigen gelenkigen Verbindung versehen sein.In order to eliminate undesirable constraining forces on the sensitive micrometer spindle, the aforementioned 40 extension rod can be provided on both sides with such articulated connections that allow twisting around the rod axis, but no axial displacements, or on one side as a spring rod or spring cardan and only on the other side with one be articulated connection.
Ausgestaltungen der Erfindung betreffen weitere Maßnahmen zur Reduktion thermisch bedingter uner-45 wünschter Relativbewegungen zwischen dem Präparat und der Messerschneide infolge einer Änderung der Raumtemperatur oder einer einfallenden Wärmestrahlung.Embodiments of the invention relate to further measures for reducing thermally induced undesired relative movements between the preparation and the knife edge as a result of a change in the room temperature or an incident heat radiation.
Eine weitere Reduktion der Temperaturempfindlichkeit derartiger Systeme kann im Rahmen einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß der Präparatträgerstab und der darunter befindliche Verlängerungsstab mit einer Hülle aus thermisch isolierendem Material (z.B. Styropor, Polyuret-50 han-Schaum oder Schaumgummi) umkleidet wird, welche rapide Temperaturänderungen durch Luftströmungen ausschalten. Ähnliche Effekte sind dadurch zu erzielen, daß die oben angeführten zylindrischen Elemente durch zylindrische Hülsen umgeben werden, welche einen Luftspalt in der Größenordnung von mindestens 1 mm zwischen der Hülsen-Innenseite und den metallischen Oberflächen des Präparatträgerstabes bzw. des Verlängerungsstabes erzeugen und eventuell zusätzlich durch eine metallisch glänzende 55 Oberfläche Wärmestrahlung reflektieren, sowie durch den Luftspalt in gleicher Weise wie Isolierglas einen raschen Wärmeaustausch zwischen der Raumatmosphäre und dem Präparatträger- bzw. Verlängerungsstab verhindern. 3A further reduction in the temperature sensitivity of such systems can be achieved within the scope of an embodiment of the invention in that the specimen carrier rod and the extension rod located underneath are covered with a cover made of thermally insulating material (e.g. polystyrene, polyurethane 50-han foam or foam rubber), which Switch off rapid temperature changes caused by air currents. Similar effects can be achieved in that the above-mentioned cylindrical elements are surrounded by cylindrical sleeves, which create an air gap of the order of at least 1 mm between the inside of the sleeve and the metallic surfaces of the specimen carrier rod or the extension rod, and possibly additionally by a reflecting heat radiation, and preventing the rapid exchange of heat between the room atmosphere and the specimen carrier or extension rod through the air gap in the same way as insulating glass. 3rd
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung, sowie ihrer Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Systems im Vergleich zu einem System nach dem Stand der Technik an Hand der beiliegenden Zeichnungen. In diesen Zeichnungen zeigen durchgehend in Seitenansicht:Further advantages and features of the invention, as well as its configurations, result from the following description of preferred exemplary embodiments of the system according to the invention in comparison to a system according to the prior art with reference to the accompanying drawings. Throughout these drawings, a side view shows:
Fig. 1 : einen schematischen teilweisen Schnitt durch ein Ultramikrotom nach dem Stand derFig. 1: a schematic partial section through an ultramicrotome according to the prior art
Technik;Technology;
Fig. 2 : einen schematischen teilweisen Schnitt durch bevorzugte Ausführungsformen des erfin dungsgemäßen Systems mit Gerätesockel (Aluminiumsockel), sowie dieFig. 2: a schematic partial section through preferred embodiments of the inven tion system according to the invention with device base (aluminum base), and the
Fig. 3 bis 5: spezielle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verlängerungsstabes zur Verlängerung der Mikrometerspindel zur Verschiebung des Messersupportes.3 to 5: special embodiments of the extension rod according to the invention for extending the micrometer spindle to shift the knife support.
Der Aufbau des in Fig.1 schematisch und teilweise im Schnitt dargestellten Ultramikrotoms ist herkömmlicher Art. Auf einem stabilen, möglichst verwindungssteif ausgebildeten Metallsockel 1 ist vorne (links) der Support für den Messerträger 2 mit dem Messer 3, hinten (rechts) der Lagerbock 4 mit dem Hauptlager 5, dem am Hauptlager angelenkten Zwischenhebel 6 und dem an diesem Zwischenhebel 6 wiederum angelenkten Präparatträgerstab 8 mit dem Präparat 9 befestigt. Die gesamte Mechanik zum Vorschub und zur Bewegung des Präparates ist durch eine Abdeckung 10 geschützt. Zu dieser Mechanik zählt im wesentlichen die mit einem Exzenter 11 versehene Antriebswelle 12, die mit einem nicht dargestellten Lagersystem, Handrad und/oder Motorantrieb in Pfeilrichtung gedreht wird und dabei über das Zwischenglied 13 die schwingende Auf- und Ab-Bewegung des Präparatträgerstabes 8 um das Lager 7 bewirkt. Das Präparat 9 berührt nur beim abwärts verlaufenden "Schneidegang" zur Abnahme eines Schnittes die Schneide des Messers 3. Nach Erreichen der tiefsten Position wird der Präparatträgerstab 8 durch Anheben des Bolzens 14' des Hubmagneten 14 zurückgezogen, so daß das Präparat 9 abseits (hinter) der Messerschneide in seine Ausgangsstellung über dem Messer 3 zurückgeführt wird ("Single Pass-Bewegung", vgl. hierzu H.Sitte und K. Neumann, l.c.1983, Sn 37-43, sowie H.Sitte, Ultramikrotomie, mta-Joumal Extra Nr. 10, Umschau-Verlag Breidenstein GmbH, 1985, Sn. 1-8, insbesondere Abb. 9 auf Se.7). Der Vorschub des Präparates 9 gegen das Messer 3 erfolgt zwischen zwei aufeinander folgenden Schneidegängen, beispielsweise durch die mit einem Schrittmotor 15 in bekannter Weise über eine Kupplung 16 um diskrete vorwählbare Beträge gedrehte Mikrometerspindel 17. Den satt anliegenden, spielfreien Kontakt zwischen dem Ende der Mikrometerspindel 17 und dem Fortsatz 6' des Zwischenhebels 6 gewährleistet während der Abnahme des Schnittes ein Federelement 18.The structure of the ultramicrotome shown schematically in FIG. 1 and partly in section is conventional. On a stable, as torsionally rigid metal base 1 there is support for the knife carrier 2 with the knife 3 at the front (left) and the bearing block 4 at the rear (right) with the main bearing 5, the intermediate lever 6 articulated on the main bearing and the specimen carrier rod 8 in turn articulated on this intermediate lever 6 with the specimen 9. The entire mechanism for advancing and moving the specimen is protected by a cover 10. This mechanism essentially includes the eccentric 11 drive shaft 12, which is rotated with a bearing system, not shown, handwheel and / or motor drive in the direction of the arrow and thereby the oscillating up and down movement of the specimen carrier rod 8 via the intermediate member 13 Camp 7 causes. The preparation 9 only touches when the " cutting path " to take a cut, the cutting edge of the knife 3. After reaching the lowest position, the specimen carrier rod 8 is withdrawn by lifting the bolt 14 'of the lifting magnet 14, so that the specimen 9 is returned to its starting position above the knife 3 off (behind) the knife edge (" Single Pass-Movement ", see also H.Sitte and K. Neumann, lc1983, Sn 37-43, as well as H.Sitte, Ultramikrotomie, mta-Joumal Extra No. 10, Umschau-Verlag Breidenstein GmbH, 1985 , Sn. 1-8, especially Fig. 9 on page 7). The feed of the preparation 9 against the knife 3 takes place between two successive cutting passes, for example by means of the micrometer spindle 17 rotated with discrete preselectable amounts with a stepper motor 15 in a known manner via a coupling 16. The tightly fitting, play-free contact between the end of the micrometer spindle 17 and the extension 6 'of the intermediate lever 6 ensures a spring element 18 during the removal of the cut.
Der Support für das Messer 3 in seiner Halterung 2 ist nach Fig. 1 üblicherweise als Kreuzsupport zum Anrücken des Messers 3 an das Präparat 9 ("Nord-Süd-Verschiebung"), sowie zum transversalen Verschieben des Messers 3 relativ zum Präparat ("Ost-West-Verschiebung”; im Schema der Fig.1 nicht dargestellt) ausgebildet. Die Nord-Süd-Verschiebung erfolgt in bekannter Weise mittels einer Mikrometerspindel 19, deren Spindelmutter 20 mit der Supportplatte 21 starr verbunden ist und daher diese entsprechend der Drehung der Spindel 19 um ihre Längsachse 22/22' vor oder zurück bewegt, wobei diese Drehung der Spindel 19 vorzugsweise mittels eines Handrades 23 erfolgt.According to FIG. 1, the support for the knife 3 in its holder 2 is usually provided as a cross support for moving the knife 3 against the specimen 9 (" north-south displacement "), and for transversely displacing the knife 3 relative to the specimen ("; East-west shift ”; not shown in the diagram of FIG. 1). The north-south shift takes place in a known manner by means of a micrometer spindle 19, the spindle nut 20 of which is rigidly connected to the support plate 21 and therefore moves the spindle 19 back and forth according to the rotation of the spindle 19 about its longitudinal axis 22/22 ', this rotation of the Spindle 19 is preferably carried out by means of a handwheel 23.
Eine optimale Funktion dieses herkömmlichen Systems nach Fig. 1 ist abgesehen von einer präzisen Funktion der Vorschubs-, Antriebs- und Lagerelemente sowie des Single-Pass-Rückzugs davon abhängig, daß alle zwischen der Schneide des Messers 3 und der Frontfläche des Präparates 9 befindlichen Elemente, dies sind insbesondere die Elemente 2,21, 20,19,1,4 und 8, ihre Länge in Nord-Süd-Richtung exakt beibehalten oder im Falle einer Längenänderung ihre Längen gleichsinnig, im gleichen Ausmaß und synchron ändern. Da es nicht möglich ist, die Lufttemperatur des Arbeitsraumes konstant zu halten und das Gerät vor Wärmestrahlungen restlos abzuschirmen, kann diese Voraussetzung in der Praxis nicht erfüllt werden. Besonders nachteilig wirken sich hierbei die Nachtabsenkung moderner Heizanlagen, die während der üblichen Arbeitsvorgänge stets wechselnde Wärmestrahlung der Bedienungsperson, sowie Luftströmungen im Verein mit dem Umstand aus, daß die Hauptmasse des Gerätes im Sockel 1 enthalten ist und daß demgegenüber beispielsweise die Masse des Präparatträgerstabes 8 im Vergleich äußerst gering ist: Eine Schwankung der Raumtemperatur, eine Wärmestrahlung oder ein Luftzug wirken sich daher im thermodynamischen Ablauf zunächst vorwiegend am Präparatträgerstab 8 aus, während der schwerere Stativsockel 1 erst mit Verzögerung reagiert. Der Längenabschnitt L des massiven Gerätesockels 1 wird sich daher viel langsamer verändern, als der Längenabschnitt I zwischen dem Lager 7 und der Frontfläche des Präparates 9, da der Präparatträgerstab 8 aus Gründen der Belastung des Lagersystems 7/5, sowie der Vibrationsempfindlichkeit in der Regel möglichst leicht ausgebildet wird. Die angeführten thermodynamisch bedingten Längenunterschiede (L-l), die eine unregelmäßige Schnittfolge bewirken, werden umso störender in Erscheinung treten, je größer die Unterschiede zwischen den (linearen) thermischen Ausdehnungskoeffizienten und den Wärmeleitwerten der für den Sockel 1 und den Präparatträgerstab 8 verwendeten Materialien ist. Wie bereits eingangs erwähnt, sind Unregelmäßigkeiten daher bei dem Einsatz von Aluminiums legierungen um 41, apart from a precise function of the feed, drive and bearing elements as well as the single-pass retraction, an optimal function of this conventional system according to FIG. 1 is dependent on all elements located between the cutting edge of the knife 3 and the front surface of the preparation 9 , these are in particular the elements 2, 21, 20, 19, 4 and 8, exactly maintaining their length in the north-south direction or changing their lengths in the same direction, to the same extent and synchronously in the event of a change in length. Since it is not possible to keep the air temperature in the work area constant and to completely shield the device from heat radiation, this requirement cannot be met in practice. A particularly disadvantageous effect here is the night-time lowering of modern heating systems, the heat radiation of the operator, which changes constantly during normal work processes, as well as air currents in connection with the fact that the main mass of the device is contained in the base 1 and, in contrast, for example, the mass of the specimen carrier rod 8 in The comparison is extremely small: A fluctuation in the room temperature, heat radiation or drafts therefore primarily affect the specimen carrier rod 8 in the thermodynamic sequence, while the heavier stand base 1 only reacts with a delay. The length section L of the solid device base 1 will therefore change much more slowly than the length section I between the bearing 7 and the front surface of the specimen 9, since the specimen carrier rod 8, as far as possible, for reasons of the load on the bearing system 7/5 and the sensitivity to vibrations is easily trained. The above-mentioned thermodynamically determined differences in length (L-1), which cause an irregular cutting sequence, will become more disruptive the greater the difference between the (linear) thermal expansion coefficients and the thermal conductivity values of the materials used for the base 1 and the specimen carrier rod 8. As already mentioned at the beginning, irregularities are therefore around 4 when using aluminum alloys
AT 398 848 B ein Vielfaches größer, als beim Einsatz von Eisenlegierungen, wobei unter den Eisenlegierungen wiederum die bereits angeführten Legierungen mit einem hohen Nickelanteil einen extrem kleinen Ausdehnungskoeffizienten und eine extrem schlechte Wärmeleitung aufweisen und daher die besten Voraussetzungen für eine optimale Reproduzierbarkeit der Schnittdicken offerieren. Wie bereits erläutert, ging man daher trotz der höheren Kosten und des nachteiligen hohen Gewichtes der Geräte dazu über, Ultramikrotome ausschließlich aus Eisenlegierungen herzustellen.AT 398 848 B is many times larger than when using iron alloys, whereby among the iron alloys, the alloys already mentioned with a high nickel content have an extremely small expansion coefficient and extremely poor heat conduction and therefore offer the best conditions for optimum reproducibility of the cutting thicknesses. As already explained, therefore, despite the higher costs and the disadvantageously high weight of the devices, ultramicrotomes were made exclusively from iron alloys.
Anhand von Fig. 2 wird dargelegt, daß es trotz der Verwendung eines leichten Gerätesockels 1' aus einer verwindungssteifen Aluminiumlegierung mit der erfindungsgemäßen Anordnung auf technisch einfache Weise möglich ist, thermodynamische Längenänderungen, die zu einer unregelmäßigen Schnittfolge führen, nicht nur auf der bei Stahlbauteilen üblichen Größenordnung zu halten, sondern sogar unter diese Größenordnung zu reduzieren. Im Rahmen einer besonders einfachen Ausgestaltung dieser Erfindung ist die Mikrometerspindel 19' unmittelbar hinter der Support-Basisplatte 24 mit einem Verlängerungsstab 25 aus einer Legierung minimaler Thermoexpansion, beispielsweise einer Legierung mit hohem Nickelgehalt (z.B. "Invar") verbunden, die unterhalb des Präparatträgerstabes 8 verläuft und unterhalb des Lagers 7 über ein Spitzenlager 26 direkt oder über starre Zwischenglieder (z.B.Lagerbock 4') mit dem Aluminiumsockel 1' verbunden ist.With reference to Fig. 2 it is shown that despite the use of a light device base 1 'made of a torsionally rigid aluminum alloy with the arrangement according to the invention is technically simple, thermodynamic changes in length, which lead to an irregular cut sequence, not only on the usual for steel components Keeping order of magnitude, but even reducing it below this magnitude. In the context of a particularly simple embodiment of this invention, the micrometer spindle 19 ′ is connected directly behind the support base plate 24 to an extension rod 25 made of an alloy of minimal thermal expansion, for example an alloy with a high nickel content (for example " Invar "), which is underneath the specimen carrier rod 8 runs and is connected below the bearing 7 via a tip bearing 26 directly or via rigid intermediate members (eg bearing block 4 ') to the aluminum base 1'.
Der starr an die Mikrometerspindel 19’ befestigte Stab 25 wird durch ein Federelement, vorzugsweise durch die dargestellten Tellerfedern 27 zwischen der Scheibe 28 und der hinteren Begrenzung der Support-Basisplatte 24 in Pfeilrichtung gegen das Spitzenlager 26 gepreßt, so daß am Spitzenlager 26 stets ein spielfreier Kontakt der beiden Lagerhälften resultiert. Bei Verzicht auf eine anderweitige Lagebestimmung der Mikrometerspindel 19', beispielsweise durch ein Spindelschioß bekannter Art, wird daher die jeweilige Lage der Spindelmutter 20 nicht durch den Längenabschnitt L des Aluminiumsockels 1', sondern ausschließlich durch den Längenabschnitt L' des Verlängerungsstabes 25 bzw. des daran anschließenden Abschnittes der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls aus Stahl gefertigten Spindel 19' bestimmt, wobei vorteilhaft ist, daß bei einer Fertigung aus den gleichen hochlegierten Edelstählen die Thermoexpansion ebenso wie die Wärmekapazität und daher in weiterer Folge das thermodynamische Verhalten der Elemente 8 bzw. 19' und 25 sehr wenig voneinander differieren. Die Scheibe 28 kann bei dieser Anordnung nach Fig. 2 als Riemenscheibe für eine Zahnriemen-Transmission 29 ausgebildet sein, die über einen Schrittmotor 30 in technisch bekannter Weise einen schrittweisen Vorschub oder Rückzug des Messersupportes mit dem Messer 3 bewirkt.The rigidly attached to the micrometer spindle 19 'rod 25 is pressed by a spring element, preferably by the illustrated plate springs 27 between the disc 28 and the rear boundary of the support base plate 24 in the direction of the arrow against the tip bearing 26, so that the tip bearing 26 always has a backlash Contact between the two bearing halves results. If there is no other determination of the position of the micrometer spindle 19 ', for example by means of a spindle lock of a known type, the respective position of the spindle nut 20 is therefore not determined by the length section L of the aluminum base 1', but exclusively by the length section L 'of the extension rod 25 or of it subsequent section of the spindle 19 'also made of steel in the present exemplary embodiment, wherein it is advantageous that when manufacturing from the same high-alloy stainless steels, the thermal expansion as well as the heat capacity and, consequently, the thermodynamic behavior of the elements 8 and 19' and 25 differ very little from each other. In this arrangement according to FIG. 2, the pulley 28 can be designed as a pulley for a toothed belt transmission 29 which, via a stepper motor 30, causes the knife support with the knife 3 to be gradually advanced or withdrawn in a technically known manner.
Eine Ausgestaltung dieser Kompensations-Anordnung besteht nach Fig. 3 darin, daß anstelle eines einzigen Spitzeniagers 26 an beiden Enden des Stabes 25' je ein Lager vorgesehen ist, das durch eine Kugel 31 (z.B.Lagerkugel aus gehärtetem Stahl) gebildet wird, wobei die korrespondierenden Flächen am Ende der Mikrometerspindel 19' bzw. an den Enden des Stabes 25' entweder als Kegelflächen K oder als Ränder von Bohrungen B (vgl. auch Aufnahmezylinder 32) ausgebildet Sind. In beiden Fällen resultiert eine kreisförmige Linienberührung, die bei entsprechender Schmierung, insbesondere bei Zusatz eines Friktions-bzw. Stick-sliphemmenden Additivs (z.B. Molybdändisulfid "Molykote") eine betriebssichere Lagerung gewährleistet. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein exaktes Fluchten der Achsen 22/22' der Mikrometerspindel 19' und des Stabes 25 (vgl. Fig. 2) nicht mehr erforderlich sind. In ähnlicher Weise kann nach Fig. 4 ein Spitzenlager 33 mit einem "Federlager" 34 kombiniert werden, wobei das "Federlager" in einfachster Weise durch einen Abschnitt stark reduzierten Durchmessers der dem Verlängerungsstab 25/25' entsprechenden Welle 35/35' entspricht. Statt eines derartigen "Federlagers" 34 kann nach Fig. 5 ein "Federkardan" 36 zwischen den Abschnitten 35 und 35' der Welle vorgesehen werden, wobei hier über Kreuz versetzte Einfräsungen auf bei den Seiten der Welle ein Gelenk mit zwei begrenzten Freiheiten der Rotation bilden. Schließlich können nach Fig. 5 für gelenkige Verbindungen ähnlich den Gelenken 19731/25' oder 25731/32 (Auflagen K und B nach Fig. 3), bzw. 19733/35 oder 35/34/35' (Fig. 4), bzw. 35/36/35' (Fig. 5) auch Gelenke mit einer Kugel 31 vorgesehen werden, die beidseitig in der dargestellten Weise von Hohlsphären ("Kalotten”) aufgenommen wird, deren Radien dem Radius der Kugel 31 entsprechen.An embodiment of this compensation arrangement according to Fig. 3 consists in that instead of a single point bearing 26 at each end of the rod 25 ', a bearing is provided, which is formed by a ball 31 (e.g. bearing ball made of hardened steel), the corresponding ones Surfaces at the end of the micrometer spindle 19 'or at the ends of the rod 25' are designed either as conical surfaces K or as edges of bores B (cf. also receiving cylinder 32). In both cases there is a circular line contact which, with appropriate lubrication, in particular with the addition of a friction or. Stick-slip-inhibiting additives (e.g. molybdenum disulfide " Molykote ") ensure reliable storage. The advantage of this arrangement is that an exact alignment of the axes 22/22 'of the micrometer spindle 19' and the rod 25 (see FIG. 2) is no longer necessary. 4, a tip bearing 33 with a " spring bearing " 34 can be combined, the " spring bearing " in the simplest way by a section of greatly reduced diameter corresponds to the shaft 35/35 'corresponding to the extension rod 25/25'. Instead of such a " spring bearing " 34 a " spring gimbal " 36 can be provided between the sections 35 and 35 'of the shaft, with cross-cut millings on the sides of the shaft forming a joint with two limited freedom of rotation. Finally, according to FIG. 5 for articulated connections similar to the joints 19731/25 'or 25731/32 (supports K and B according to FIG. 3), or 19733/35 or 35/34/35' (FIG. 4), or 35/36/35 '(FIG. 5) joints can also be provided with a ball 31 which is received on both sides in the manner shown by hollow spheres (“spherical caps”), the radii of which correspond to the radius of the ball 31.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems kann nach den Fign. 2 und 5 darin bestehen, daß der der Präparatträgerstab 8 und der Verlängerungsstab 35 durch eine Schaumstoffisolation 38/38' (z.B.Styropor, Polyurethanschaum, Moltopren-Schaum) umgeben sind, welche einen raschen Wärmetransfer zwischen den metallischen Elementen 8,10 oder 35 und der umgebenden Luft, insbesondere im Falle eines Luftzuges, dadurch unterbindet, daß dieser verzögert wird und sich daher bei einer vorgegebenen Dauer eines Schneidezyklus auf den Einzelschnitt weniger stark auswirkt. Ähnliches kann in einer andersartigen Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß man nach den Fign. 2 und 4 die zylindrischen metallischen Elemente 8 bzw. 35 mit konzentrisch angeordneten metallischen Hülsen 40 bzw. 40' abdeckt, wobei zwischen der Innenwandung der Hülsen 40/40' und den metallischen Oberflächen der zylindrischen Elemente 8 bzw. 35 ein Luftspalt in der Größenordnung von mindestens 1 mm verbleibt, der 5A further embodiment of the system according to the invention can be according to FIGS. 2 and 5 consist in that the specimen carrier rod 8 and the extension rod 35 are surrounded by a foam insulation 38/38 '(e.g. styrofoam, polyurethane foam, moltoprene foam), which enables rapid heat transfer between the metallic elements 8, 10 or 35 and the surrounding air, in particular in the case of a draft, prevented by this being delayed and therefore having less of an effect on the individual cut for a predetermined duration of a cutting cycle. The same can be achieved in a different embodiment of the invention in that according to FIGS. 2 and 4 covers the cylindrical metallic elements 8 and 35 with concentrically arranged metallic sleeves 40 and 40 ', an air gap of the order of magnitude between the inner wall of the sleeves 40/40' and the metallic surfaces of the cylindrical elements 8 and 35 at least 1 mm remains, the 5th
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