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PATENTANSPRÜCHE
1. Verstellbares Stativ für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für ein Operationsmikroskop, das in einem vorbestimmten räumlichen Gebiet hinsichtlich seiner Lage und Orientierung frei verstellbar und in jeder Einstellung feststellbar ist, indem es gelenkig an einem Zwischenträger eines Gestänges befestigt ist, das seinerseits mit zueinander parallelen und voneinander distanzierten Lagerachsen relativ zu einer vertikalen Trägersäule räumlich verstellbar ist, wobei das Gestänge von einem Gelenkparallelogramm mit Stangen mit horizontalachsigen Lagern sowie einer Gewichtsausgleichvorrichtung zur Kompensation der in bezug auf je eine Horizontalachse der Lager einwirkenden Schweredrehmomente gebildet und über eines seiner Horizontallager mit der Trägersäule verbunden ist,
die ihrerseits in einem feststehenden Hauptträger über ein Lager um ihre Vertikalachse drehbar gelagert ist, und wobei das Beobachtungsgerät am Zwischenträger des Gestänges über ein dreiachsiges Kardangelenk mit Stangen abgestützt ist, in bezug auf dessen drei Kardanachsen die Schweredrehmomente der am Zwischenträger abgestützten Teile ausgeglichen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Ausführung von Drehbewegungen jeweils zusammenwirkenden Lagerteile des vertikalachsigen Lagers (BL1) zwischen dem feststehenden Hauptträger (10) und der Trägersäule (11), ferner mindestens zweier horizontalachsigen Lager (BL2, BL3) des Gelenkparallelogramms (21, 22, 23, 24), und schliesslich dreier je einer Kardanachse (A4, A5, A6) zugeordneten Kardanlager (BL4, BL5, BL6), jeweils mittels zweier hintereinandergeschalteten Kupplungen miteinander verbunden sind,
von denen die eine (51) eine Rutschkupplung mit einstellbarem Reibungsmoment und die andere (52) eine elastische Kupplung ist.
2. Stativ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Kupplung (52) mit Mitteln zur Dämpfung von Drehschwingungen bei der Übertragung eines Drehmomentes versehen ist.
3. Stativ nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kupplung (52) zur gleichzeitigen Übertragung des Drehmomentes und Dämpfung von Drehschwingungen mindestens ein Element (53) aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ein verstellbares Stativ für ein optisches Beobachtungsgerät, vorzugsweise für ein Operationsmikroskop, gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Stativ der genannten Art ist beispielsweise aus dem Patentdokument DE-C-2161396 bekannt. In diesem Stativ ist je einem von sechs ausgewählten Lagern je eine elektromagnetisch deblockierbare Feststellkupplung zugeordnet, die über einen gemeinsamen, an einem Verstellorgan des Beobachtungsgerätes angebrachten Deblockierschalter betätigbar ist. Bei Präzisionsarbeiten z.B. in der Neurochirurgie (Hirnoperationen) hat sich diese Vorrichtung gut bewährt.
Es gibt aber andere Gebiete der Mikrochirurgie, insbesondere in der Oto-, Rhino- oder Laryngochirurgie (Operationen am Ohr, an der Nase oder am Hals), wo es nicht erforderlich ist, das Beobachtungsgerät - nach dessen Einstellung - im Raum präzis und unverrückbar festzustellen; das Instrument darf zwar nicht durch jeden noch so leichten Stoss verstellt werden, jedoch wird die unverrückbare Feststellung des Instrumentes in denjenigen Anwendungen, wo sie nicht unbedingt gebraucht wird, vom Chirurgen als lästig empfunden.
Es zeigt sich also, dass das aus dem zitierten Patentdokument bekannt Stativ mit Feststellkupplungen versehen ist, die bei gewissen Anwendungen geradezu kontraproduktiv wirken, indem sie nicht nur zum Teil unerwünschte Wirkungen zeitigen, sondern noch das Gerät verteuern.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Stativ der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem das Beobachtungsgerät mit mässigem, von der Bedienungsperson beliebig einstellbarem Kraftaufwand verstellt werden kann, und dessen Herstellungskosten niedriger sind als die des bekannten Stativs. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemässe Stativ gekennzeichnet durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale. Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den Stand der Technk nach DE-C-2161396;
Fig. 2 die Kombination einer Rutschkupplung und einer elastischen Kupplung für das erfindungsgemässe Stativ, dargestellt in zwei axialen Halbschnitten in verschiedenen Ebenen.
Fig. 1 zeigt ein aus dem Patentdokument DE-C-2161396 bekanntes Stativ; es wird nur in seinen erfindungswesentlichen Teilen beschrieben, für eine ausführliche Beschreibung wird auf das genannte Patentdokument verwiesen. In einem feststehenden Hauptträger 10 ist eine Trägersäule 11 um ihre Vertikalachse Al drehbar gelagert; das entsprechende Lager ist mit BL1 bezeichnet. Am Ende eines Querarmes 12 der Trägersäule 11 ist ein zweites Lager BL2 angeordnet, dessen Horizontalachse A2 um die Vertikalachse Al drehbar ist. Im Lager BL2 ist eine Stange 21 eines Gelenkparallelogramms 2 um die Horizontalachse A2 schwenkbar gelagert. Die anderen Stangen des Gelenkparallelogramms 2 sind mit 22, 23, 24 bezeichnet.
Von den vier je in Richtung der Horizontalachse A2 orientierten Verbindungslager dieser Parallelogrammstangen 21, 22, 23, 24 ist eines mit BL3 und der zugehörigen Horizontalachse A3 bezeichnet, während die anderen lediglich mit L bezeichnet sind; die folgenden Ausführungen sind aber so zu verstehen, dass BL3 ein beliebiges der vier Verbindungslager sein kann.
An einem Zwischenträger 240 der Stange 24 ist über ein weiteres Lager BL4, dessen Achse A4 in Längsrichtung der Stange 24 orientiert ist, ein dreiachsiges Kardangelenk abgestützt, das aus den Stangen 31, 32, 33 und den Kardanlagern BL4, BL5, BL6 besteht. Die entsprechenden Kardanachsen A4, A5, A6 schneiden einander rechtwinklig am Schnittpunkt Z.
Ein Beobachtungsgerät 4 ist auf der Kardanstange 33 befestigt, und zwar an einer solchen Stelle, dass die Schweredrehmomente der am Zwischenträger 240 abgestützten Teile in bezug auf jede der Kardanachsen A4, A5, A6 ausgeglichen sind, d.h., dass der gemeinsame Schwerpunkt dieser Teile am Schnittpunkt Z der Kardanachsen liegt.
Auf der Verlängerung 230 der Stange 23 ist eine Gewichts ausgleichvorrichtung G derart angeordnet, dass die Schweredrehmomente der am Querarm 12 abgestützten Teile in bezug auf die Horizontalachse A2 ausgeglichen sind; aus den Eigenschaften des Gelenkparallelogrammes 2 ergibt sich dabei, dass die Schweredrehmomente dann auch in bezug auf die Horizontalachse A3 ausgeglichen sind.
Eines der einander gleichen Lager Blei, BL2, BL3, BL4, BL5 und BL6 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Lagerachse ist mit A bezeichnet. Es werden zwei axiale Halbschnitte abgebildet, die in verschiedenen Ebenen liegen, um auf übliche Weise Elemente darzustellen, die mehrfach vorhanden und um die Achse A in mehrfacher Symmetrie angeordnet sind. Bevorzugt wird bei dem in Fig. 2 abgebildeten Lager eine vierfache Symmetrie um die Achse A, wobei die Ebenen der beiden Halbschnitte einen Diederwinkel von 4 aufweisen. Das Lager besteht aus zwei
4 Lagerteilen 54 und 55, die zur gegenseitigen Befestigung unter Gewährleistung nur von Drehbewegungen um die Achse A über die beiden Kugellager 56 und 57 wirkverbunden sind.
Beispielsweise handelt es sich um das Lager BL6 der Fig. 1: dann ist das Lagerteil 55 mit der Stange 33 wirkverbunden oder es bildet ein Endstück davon, während das Lagerteil 54 mit der Stange 32 wirkverbunden ist oder ein Endstück davon bildet. Eine Zwischenscheibe 58 ist koaxial mit dem Lagerteil 54 über eine noch
zu beschreibende und gesamthaft mit 51 bezeichnete Rutschkupplung verbunden; die Zwischenscheibe 58 ist auch koaxial mit dem Lagerteil 55 über eine noch zu beschreibende und gesamthaft mit 52 bezeichnete elastische Kupplung verbunden; auf diese Weise ist das Lagerteil 54 mittels der beiden hintereinandergeschalteten Kupplungen 51 und 52 mit dem Lagerteil 55 verbunden.
Die Rutschkupplung 51 weist als Reibelemente den Reibbelag 59 aus Asbest und die Reibscheibe 60 aus Stahl auf. Der Reibbelag 59 ist scheibenförmig ausgebildet und koaxial an einer Stirnseite des Lagerteiles 54 befestigt, beispielsweise damit verklebt. Die Reibscheibe 60 ist mittels der Bolzen 61 koaxial und parallel zur Zwischenscheibe 58 befestigt; in der bevorzugten vierfach-symmetrischen Ausbildung des Lagers sind die beiden Scheiben 58 und 60 durch vier Bolzen wirkverbunden. Das Reibungsmoment der Rutschkupplung 51 ist durch Einstellung der zwischen dem Reibbelag 59 und der Reibscheibe 60 wirkenden Anpresskraft einstellbar. Zu diesem Zweck ist eine Feder 62 zwischen der Zwischenscheibe 58 und einer Stirnseite 63 eines Nabenteiles eines Einstellrades 64 angeordnet.
Ein Bolzen 65 ist am einen Ende mit dem Nabenteil des Einstellrades 64 koaxial wirkverbunden, beispielsweise mittels einer Presspassung 66, während das andere Ende des Bolzens 65 einen Gewindezapfen 67 aufweist, der in eine entsprechende axiale Gewindebohrung 68 des Lagerteiles 55 eingeschraubt werden kann. Da die Lagerteile 54 und 55 durch die Kugellager 56 und 57 in axialer Richtung kraftschlüssig verbunden sind, bewirkt eine Schraubbewegung des Gewindezapfens 67 in der Gewindebohrung 68 ein axiales Verstellen der Stirnseite 63 nicht nur gegenüber dem Lagerteil 55, sondern auch gegenüber dem Lagerteil 54 und insbesondere gegenüber seiner Stirnseite und dem daran befestigten Reibbelag 59.
Folglich wird durch Einschrauben des Gewindezapfens 67 in die Gewindebohrung 68 die Feder 62 einstellbar zusammengepresst, worauf die Reaktion der Feder 62 durch die Zwischenscheibe 58 und die Bolzen 61 auf die Reibscheibe 60 übertragen wird und als einstellbare Anpresskraft zwischen dem Reibbelag 59 und der Reibscheibe 60 der Rutschkupplung 51 wirkt.
In der elastischen Kupplung 52 entspricht jedem Bolzen 61 je eine Durchgangsbohrung 69 eines als Flansch ausgebildeten Endteiles 70 des Lagerteiles 55. Der Flansch 70 ist zwischen den Scheiben 58 und 60 angeordnet, wobei er diese Scheiben nicht berührt. Jeder Bolzen 61 ist in der entsprechenden Durchgangsbohrung 69 angeordnet, wobei der Durchmesser der Bohrung grösser ist als der Durchmesser des Bolzens in der Bohrung.
Zwischen der Innenfläche der Durchgangsbohrung 69 und der Aussenfläche des Bolzens 61 ist ein elastisches Element 53 angeordnet, welches im dargestellten Beispiel als Paar von Dichtungsringen 71 aus synthetischem Gummi ausgebildet ist und bewirkt, dass der Bolzen 61 koaxial zur entsprechenden Durchgangsbohrung 69 liegt, wenn die Kupplung 52 kein Drehmoment überträgt. Wenn hingegen in bezug auf die Achse A ein Drehmoment zwischen der Zwischenscheibe 58 und dem Flansch 70 erzeugt wird, erlaubt die elastische Verformung des Elementes 53 eine exzentrische Anordnung des Bolzens 61 in der entsprechenden Durchgangsbohrung 69 und eine entsprechende, dem Drehmoment etwa proportionale gegenseitige Verdrehung der Zwischenscheibe 58 und des Flansches 70.
Eine um das Lagerteil 54 koaxial angeordnete zylindrische Hülse 72 dient als Abdeckung der beiden Kupplungen 51 und 52. Zu diesem Zweck reicht die Hülse 72 vom Lagerteil 54 bis unter einen äusseren zylindrischen Kragen 73 des Einstellrades 64. Die gerändelte Aussenfläche des Kragens 73 dient als Griff zur Einstellung des Reibungsmomentes der Rutschkupplung 51.
Mit der beschriebenen Vorrichtung wird erreicht, dass der Chirurg und allgemeiner die Bedienungsperson, die mit dem Beobachtungsgerät arbeitet, für jede der sechs Rotations-Freiheitsgrade des Stativs ein vorbestimmtes Reibungsmoment einstellen kann, welches zu überwinden ist, um eine Drehbewegung im entsprechenden Lager zu erzeugen und die entsprechende Verstellung des Beobachtungsgerätes zu bewerkstelligen.
Dadurch wird gewährleistet, dass kleine Mängel im Ausgleich der Schweredrehmomente und kleine Stösse am Stativ oder am Beobachtungsgerät letzteres nicht sofort verstellen. Nun ist aber bekannt, dass vom Menschen ausgeführte Bewegungen zum Positionieren eines Gegenstandes ungenau werden und zu einem Verfehlen der gewünschten Position durch Überschiessen führen, sobald zum Auslösen und Weiterführen der Bewegung eine Reibung zu überwinden ist. Es hat sich überraschend gezeigt, dass diese unerwünschte Eigenschaft der gegen Reibung ausgeführten menschlichen Bewegungen durch die beschriebene Hintereinanderschaltung einer Rutschkupplung zum Erzeu gen des Reibungsmomentes und einer elastischen Kupplung weitgehend behoben wird.
Zum Teil liegt die Erklärung darin, dass die auszuführende Bewegung dank der elastischen Kupp lung nicht ruckweise einsetzt; vielmehr fühlt die Bedienungsperson eine Gegenkraft, die - bevor die Bewegung einsetzt von Null auf den der Reibung entsprechenden Wert anwächst, und dann etwa konstant bleibt. Dies erleichtert das Ausführen von kleinen Bewegungen, indem die Bedienungsperson ihre Kraft wohldosiert einsetzen kann, während beim Fehlen einer elastischen Kupplung die Bedienungsperson zur Überwindung der Reibung ihre Kraft stossweise einsetzen müsste und dadurch verhindert wäre, ihre Kraft beim Erreichen der gewünschten Position rechtzeitig zurückzunehmen - daher das vorstehend erwähnte Überschiessen.
Zum Teil liegt die Erklärung der überraschenden Wirkung der Erfindung auch darin, dass beim Erreichen der gewünschten Position des Beobachtungsgerätes zwar die Kardanstange 33 ebenfalls ihre gewünschte Position erreicht hat, nicht aber die anderen Teile des Stativs, weil diese - wegen der Wirkung der elastischen Kupplungen - mit der Bewegung im Rückstand sind; wenn nun die Bedienungsperson das Beobachtungsgerät loslässt, wird dieses in die Gegenrichtung zurückgezogen, bis die elastischen Kupplungen ihre Drehmomente abgebaut haben. Es erweist sich, dass diese Gegenbewegung des Beobachtungsgerätes das dank der Erfindung verminderte, jedoch noch vorhandene Überschiessen der Position in etwa kompensiert.
Versuche haben gezeigt, dass ein Stativ für ein Beobachtungsgerät, das mit der beschriebenen Hintereinanderschaltung einer Rutschkupplung und einer elastischen Kupplung versehen ist, von Chirurgen als für die ORL-Mikrochirurgie geeignet betrachtet wird, während ein nur mit Rutschkupplung versehenes Stativ nicht so gut beurteilt wird.
Im vorstehenden wurde eine Ausbildung des elastischen Elementes 53 mit gebräuchlichen Dichtungsringen 71 aus synthetischem Gummi beschrieben. Grundsätzlich wäre jede Art von Feder brauchbar, welche einen Bolzen in einer Bohrung radial federnd zentriert: so können z.B. Stahlfedern verwendet werden, u.a. als Spiralfeder um die Achse des Bolzens oder auch als Kombination von mehreren radial angeordneten Druckoder Zugfedern. Allerdings erscheint bei der Verwendung von elastischen Elementen 53 aus Stahl ein mit der Elastizität verbundener Mangel des Stativs: das Beobachtungsgerät kann samt Stativ in jedem der mit einer elastischen Kupplung versehenen Lager Schwingungen ausführen, das Instrument zittert . Zur Überwindung dieses Mangels wird, in einer bevorzugten Ausbildung, jede elastische Kupplung mit Dämpfungsmitteln zum Abfangen von Drehschwingungen versehen.
Bei Verwendung von Stahlfedern kann die Dämpfung dadurch erfolgen, dass der übrigbleibende Raum in der Durchgangsbohrung 69 mit viskosem Fett oder Öl ausgefüllt wird, wobei hinreichende Dichtungsmittel vorzusehen sind, um ein Auslaufen zu verhindern. Bei Verwendung der in Fig. 2 dargestellten, paarweise angeordneten Dichtungsringen 71 kann der Raum zwischen den Dichtungsringen 71, dem Bolzen 61 und der Durchgangsbohrung 69 mit viskosem Fett oder Öl ausgefüllt werden; die Abdichtung er folgt durch die Dichtungsringe 71 von selbst. Schliesslich können, in einer bevorzugten Ausbildung, die Übertragung des Drehmomentes und die Dämpfung von Drehschwingungen in der Wirkung des elastischen Elementes 53 kombiniert werden: zu diesem Zweck besteht ein Element 53 aus einem oder mehreren Formteilen aus einem ausgewählten Elastomer mit hoher Dämpfungseigenschaft.
Als Formteile kommen u.a. ringförmige oder zylindrische Formkörper in Frage, die in schwingungsdämpfenden Befestigungselementen für Werkzeugmaschinen oder Motoren bereits gebräuchlich sind, oder auch eine Scheibe der im Patentdokument DE-C-967157 beschriebenen Art. Als Material des Elementes 53, d.h. als Elastomer mit hoher Dämpfungseigenschaft, steht dem Fachmann bereits eine grosse Auswahl von käuflichen Produkten zur Verfügung; empfehlenswert sind insbesondere solche gummielastische Stoffe, die in den erwähnten schwingungsdämpfenden Befestigungselementen zur Anwendung gelangen und oft eigens dazu entwickelt wurden (unter Gummielastizität wird die für solche Stoffe charakteristische Kombination von Elastizität und hoher Dämpfung bezeichnet).
Ein Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist, dass die leichte und einfache Ausführung der Lager - insbesondere im Vergleich zu dem aus dem Patentdokument DE-C-2161396 bekannten Stativ - die zu bewegenden Massen reduziert, was sich auf die Trägheitsmomente der verschiedenen beweglichen Elemente günstig auswirkt. Zudem wird auch der Herstellungsaufwand erheblich herabgesetzt.
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PATENT CLAIMS
1. Adjustable stand for an optical observation device, in particular for an operating microscope, which is freely adjustable in its position and orientation in a predetermined spatial area and can be locked in any setting by being articulated to an intermediate support of a rod, which in turn is parallel to one another and spaced-apart bearing axes can be spatially adjusted relative to a vertical support column, the linkage being formed by an articulated parallelogram with rods with horizontal-axis bearings and a weight compensation device for compensating for the gravitational torques acting with respect to one horizontal axis of the bearings and connected to the support column via one of its horizontal bearings is
which, in turn, is rotatably supported about its vertical axis in a fixed main support via a bearing, and the observation device is supported on the intermediate support of the linkage by means of a three-axis universal joint with rods, with respect to the three cardan axes of which the gravitational torques of the parts supported on the intermediate support are balanced characterized in that the bearing parts of the vertical-axis bearing (BL1) interacting in each case for executing rotary movements between the fixed main support (10) and the support column (11), furthermore at least two horizontal-axis bearings (BL2, BL3) of the joint parallelogram (21, 22, 23, 24), and finally three gimbal bearings (BL4, BL5, BL6) assigned to a gimbal axis (A4, A5, A6), each connected to one another by means of two couplings connected in series,
one of which (51) is a slip clutch with adjustable friction torque and the other (52) is an elastic clutch.
2. Tripod according to claim 1, characterized in that the elastic coupling (52) is provided with means for damping torsional vibrations during the transmission of a torque.
3. Stand according to claim 2, characterized in that at least one element (53) made of a material with rubber-elastic properties is arranged in the coupling (52) for the simultaneous transmission of the torque and damping of torsional vibrations.
The invention relates to an adjustable stand for an optical observation device, preferably for an operating microscope, according to the preamble of claim 1.
A tripod of the type mentioned is known for example from patent document DE-C-2161396. In this tripod, one of six selected bearings is assigned an electromagnetically deblockable locking clutch, which can be actuated via a common deblocking switch attached to an adjusting element of the observation device. For precision work e.g. this device has proven itself well in neurosurgery (brain surgery).
However, there are other areas of microsurgery, especially in otosurgery, rhinos or laryngosurgery (operations on the ear, nose or neck), where it is not necessary to lock the observation device - after it has been set - precisely and immovably in space ; the instrument must not be adjusted by every slight push, but the immovable locking of the instrument in those applications where it is not absolutely needed is perceived by the surgeon as annoying.
It is shown that the tripod known from the cited patent document is provided with locking couplings which, in certain applications, have an almost counterproductive effect in that they not only have undesirable effects in part, but also make the device more expensive.
The object of the invention is to provide a tripod of the type mentioned at the outset, in which the observation device can be adjusted with moderate effort that can be adjusted by the operator, and its manufacturing costs are lower than those of the known tripod. To achieve this object, the stand according to the invention is characterized by the features listed in the characterizing part of claim 1. Advantageous training results from the subclaims.
The invention is described in more detail below with reference to the drawings. Show it:
1 shows the state of the art according to DE-C-2161396;
Fig. 2 shows the combination of a slip clutch and an elastic coupling for the stand according to the invention, shown in two axial half-sections in different planes.
1 shows a tripod known from patent document DE-C-2161396; it is only described in its parts essential to the invention, for a detailed description reference is made to the cited patent document. In a fixed main support 10, a support column 11 is rotatably mounted about its vertical axis A1; the corresponding bearing is designated BL1. At the end of a cross arm 12 of the support column 11, a second bearing BL2 is arranged, the horizontal axis A2 of which can be rotated about the vertical axis A1. A rod 21 of an articulated parallelogram 2 is pivotally mounted in the bearing BL2 about the horizontal axis A2. The other rods of the joint parallelogram 2 are designated 22, 23, 24.
Of the four connecting bearings of these parallelogram rods 21, 22, 23, 24, each oriented in the direction of the horizontal axis A2, one is designated BL3 and the associated horizontal axis A3, while the others are only designated L; however, the following statements are to be understood so that BL3 can be any of the four connection bearings.
On an intermediate support 240 of the rod 24 is supported via a further bearing BL4, whose axis A4 is oriented in the longitudinal direction of the rod 24, a three-axis cardan joint, which consists of the rods 31, 32, 33 and the cardan bearings BL4, BL5, BL6. The corresponding cardan axes A4, A5, A6 intersect at right angles at the intersection Z.
An observation device 4 is fastened on the gimbal rod 33 at a point such that the gravitational torques of the parts supported on the intermediate carrier 240 are balanced with respect to each of the gimbal axes A4, A5, A6, ie that the common center of gravity of these parts is at the intersection Z is the gimbal axis.
A weight compensation device G is arranged on the extension 230 of the rod 23 in such a way that the gravitational torques of the parts supported on the transverse arm 12 are balanced with respect to the horizontal axis A2; The properties of the joint parallelogram 2 show that the gravitational torques are then also balanced with respect to the horizontal axis A3.
One of the same bearings lead, BL2, BL3, BL4, BL5 and BL6 is shown in FIG. The bearing axis is labeled A. Two axial half-sections are shown, which lie in different planes, in order to represent elements in the usual way, which are present several times and are arranged in multiple symmetry about the axis A. A fourfold symmetry about the axis A is preferred in the bearing shown in FIG. 2, the planes of the two half-sections having a dihedral angle of 4. The camp consists of two
4 bearing parts 54 and 55, which are operatively connected for mutual attachment while ensuring only rotary movements about the axis A via the two ball bearings 56 and 57.
For example, it is the bearing BL6 of Fig. 1: then the bearing part 55 is operatively connected to the rod 33 or it forms an end piece thereof, while the bearing part 54 is operatively connected to the rod 32 or forms an end piece thereof. An intermediate plate 58 is coaxial with the bearing part 54 via a still
to be described and connected overall with 51 designated slip clutch; the intermediate disk 58 is also connected coaxially to the bearing part 55 via an elastic coupling to be described and designated 52 in its entirety; in this way, the bearing part 54 is connected to the bearing part 55 by means of the two couplings 51 and 52 connected in series.
The friction clutch 51 has as friction elements the friction lining 59 made of asbestos and the friction disk 60 made of steel. The friction lining 59 is disc-shaped and coaxially attached to an end face of the bearing part 54, for example glued to it. The friction disk 60 is fastened coaxially and parallel to the intermediate disk 58 by means of the bolts 61; in the preferred four-fold symmetrical configuration of the bearing, the two disks 58 and 60 are operatively connected by four bolts. The frictional torque of the slip clutch 51 can be adjusted by adjusting the contact pressure acting between the friction lining 59 and the friction disk 60. For this purpose, a spring 62 is arranged between the intermediate disk 58 and an end face 63 of a hub part of an adjusting wheel 64.
A bolt 65 is operatively connected coaxially at one end to the hub part of the adjusting wheel 64, for example by means of a press fit 66, while the other end of the bolt 65 has a threaded pin 67 which can be screwed into a corresponding axial threaded bore 68 of the bearing part 55. Since the bearing parts 54 and 55 are non-positively connected in the axial direction by the ball bearings 56 and 57, a screwing movement of the threaded pin 67 in the threaded bore 68 brings about an axial adjustment of the end face 63 not only with respect to the bearing part 55, but also with respect to the bearing part 54 and in particular opposite its end face and the friction lining 59 attached to it.
Consequently, by screwing the threaded pin 67 into the threaded bore 68, the spring 62 is adjustably compressed, whereupon the reaction of the spring 62 is transmitted to the friction disk 60 through the intermediate disk 58 and the bolts 61 and as an adjustable contact force between the friction lining 59 and the friction disk 60 Slip clutch 51 acts.
In the elastic coupling 52, each bolt 61 corresponds to a through-hole 69 of an end part 70 of the bearing part 55 designed as a flange. The flange 70 is arranged between the disks 58 and 60, but does not touch these disks. Each bolt 61 is arranged in the corresponding through bore 69, the diameter of the bore being larger than the diameter of the bolt in the bore.
Between the inner surface of the through bore 69 and the outer surface of the bolt 61, an elastic element 53 is arranged, which in the example shown is designed as a pair of sealing rings 71 made of synthetic rubber and causes the bolt 61 to be coaxial with the corresponding through bore 69 when the coupling 52 transmits no torque. On the other hand, if a torque is generated with respect to the axis A between the washer 58 and the flange 70, the elastic deformation of the element 53 allows an eccentric arrangement of the bolt 61 in the corresponding through bore 69 and a corresponding mutual rotation of the torque, which is approximately proportional to the torque Washer 58 and flange 70.
A cylindrical sleeve 72 arranged coaxially around the bearing part 54 serves as a cover for the two couplings 51 and 52. For this purpose, the sleeve 72 extends from the bearing part 54 to below an outer cylindrical collar 73 of the adjusting wheel 64. The knurled outer surface of the collar 73 serves as a handle for adjusting the frictional torque of the slip clutch 51.
With the described device it is achieved that the surgeon and more generally the operator who works with the observation device can set a predetermined friction torque for each of the six degrees of freedom of rotation of the tripod, which has to be overcome in order to generate a rotary movement in the corresponding bearing and to make the appropriate adjustment of the observation device.
This ensures that small defects in balancing the gravity torques and small bumps on the tripod or on the observation device do not immediately adjust the latter. However, it is now known that man-made movements for positioning an object become inaccurate and lead to the desired position being missed by overshooting as soon as friction has to be overcome to initiate and continue the movement. It has surprisingly been found that this undesirable property of the human movements carried out against friction is largely eliminated by the described connection in series of a slip clutch for generating the frictional torque and an elastic coupling.
Part of the explanation lies in the fact that the movement to be carried out does not start jerkily thanks to the elastic coupling; rather, the operator feels a counterforce that - before the movement begins to increase from zero to the value corresponding to the friction - and then remains approximately constant. This facilitates small movements by allowing the operator to use his force in a well-balanced manner, whereas in the absence of an elastic coupling, the operator would have to apply his force intermittently to overcome the friction and would thus be prevented from withdrawing his force in time when he reached the desired position - hence the overshooting mentioned above.
Part of the explanation of the surprising effect of the invention lies in the fact that when the desired position of the observation device has been reached, the gimbal 33 has also reached its desired position, but not the other parts of the stand, because these - because of the effect of the elastic couplings - are behind with the movement; now when the operator releases the observation device, it is pulled back in the opposite direction until the elastic couplings have reduced their torques. It has been found that this counter-movement of the observation device approximately compensates for the overshooting of the position which is reduced but still present thanks to the invention.
Experiments have shown that a tripod for an observation device, which is provided with the described connection in series of a slip clutch and an elastic coupling, is considered by surgeons to be suitable for ORL microsurgery, while a tripod provided only with a slip clutch is not rated as well.
In the above, an embodiment of the elastic member 53 with conventional sealing rings 71 made of synthetic rubber has been described. In principle, any type of spring could be used that radially resiliently centers a bolt in a bore: for example, Steel springs are used, including as a spiral spring around the axis of the bolt or as a combination of several radially arranged compression or tension springs. However, when using elastic elements 53 made of steel, a deficiency of the stand associated with the elasticity appears: the observation device and the stand can oscillate in each of the bearings provided with an elastic coupling, and the instrument trembles. To overcome this deficiency, in a preferred embodiment, each elastic coupling is provided with damping means for intercepting torsional vibrations.
If steel springs are used, the damping can take place by filling the remaining space in the through-hole 69 with viscous grease or oil, with sufficient sealing means being provided to prevent leakage. When using the paired sealing rings 71 shown in FIG. 2, the space between the sealing rings 71, the bolt 61 and the through bore 69 can be filled with viscous grease or oil; the sealing is done automatically by the sealing rings 71. Finally, in a preferred embodiment, the transmission of the torque and the damping of torsional vibrations can be combined in the action of the elastic element 53: for this purpose an element 53 consists of one or more molded parts made of a selected elastomer with high damping properties.
The molded parts include annular or cylindrical shaped bodies in question, which are already used in vibration-damping fastening elements for machine tools or motors, or also a disk of the type described in the patent document DE-C-967157. As the material of the element 53, i.e. As an elastomer with high damping properties, a large selection of commercially available products is already available to the person skilled in the art; Particularly recommendable are those rubber-elastic materials that are used in the vibration-damping fastening elements mentioned and that have often been specially developed for this purpose (rubber elasticity is the characteristic combination of elasticity and high damping for such materials).
An advantage of the device described is that the light and simple design of the bearings - in particular in comparison to the stand known from patent document DE-C-2161396 - reduces the masses to be moved, which has a favorable effect on the moments of inertia of the various movable elements. In addition, the manufacturing effort is significantly reduced.