DE102006044469B4

DE102006044469B4 - Einrichtung zur vibrationsfreien Führung einer Spindel in einem Stativ eines Operationsmikroskops

Info

Publication number: DE102006044469B4
Application number: DE102006044469.8A
Authority: DE
Inventors: Andrzej Metelski
Original assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: DE102006044469A1; US7839584B2; US20080058109A1

Abstract

X-Y-Verstelleinheit (7) eines Operationsmikroskops (17) mit Stativ (15), wobei die X-Y-Verstelleinheit (7) einen Rahmen (11) mit jeweils einer Linearführung (10) aufweist, wobei ein in X-Richtung bewegbarer Schlitten (8) an einer der Linearführungen (10), ein in Y-Richtung bewegbarer Schlitten (9) an der anderen der Linearführungen (10) angeordnet ist, wobei jeder der Schlitten (8;9) jeweils mittels einer Antriebswelle (6) von einem an dem Rahmen (11) befestigten Antriebsmotor angetrieben wird, wobei der Antriebsmotor als Schrittmotor (1) und die Antriebswelle (6) als Spindel ausgebildet ist und die Antriebswelle (6) über mindestens einen Elastomerdämpfer (3) mit dem Schlitten (8; 9) verbunden ist, und wobei der Elastomerdämpfer (3) eine Bohrung (4) für die Antriebswelle (6) aufweist und der Schlitten (8; 9) derart mit dem Elastomerdämpfer (3) verbunden ist, dass zwischen der Antriebswelle (6) und dem Schlitten (8; 9) keine direkte Verbindung besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur vibrationsfreien Führung einer Antriebswelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Stative eines Operationsmikroskops haben die Aufgabe, die Mikroskope einerseits sicher zu halten und andererseits für eine ausbalancierte Positionierung des Operationsmikroskops zu sorgen. Diese Ausbalancierung wird in der Regel durch verschiebbare Ausgleichsgewichte erreicht, so dass trotz veränderbarer Lasten das Mikroskop leicht im Raum positionierbar ist.
Aus der DE 43 20 443 A1 ist ein Stativ für ein Operationsmikroskop bekannt, dass zum Gewichtsausgleich verschiebbare Gewichte verwendet. Ferner ist in dieser Druckschrift eine motorische X-Y-Positioniereinheit dargestellt, die am Stativ angeordnet ist und das Operationsmikroskop trägt. Die motorische X-Y-Positioniereinheit weist zwei Schlitten auf, die über einen DC-Motor und ein Getriebe bewegbar ausgebildet sind. Diese X-Y-Positioniereinheit wird in dieser Druckschrift offenbar dazu verwendet, um eine automatische Feinbalancierung des Operationsmikroskops durchzuführen.
Eine derartige X-Y-Positioniereinheit lässt sich bei einem ausbalancierten Mikroskop bzw. Stativ auch dazu verwenden, dass Operationsmikroskop über der Operationsstelle in X- und Y-Richtung zu bewegen, um so einen anderen Bildausschnitt während der Operation einzustellen.
Die bisherige Lösung sieht für die derartige Verstellung einer X-Y-Positioniereinheit DC-Motoren mit Encoder und Getriebe vor. Diese Lösungen haben sich als gut funktionierend gezeigt, sind jedoch durch die vielen Bauteile sehr aufwendig und entsprechend groß dimensioniert. Hinzu kommt, dass die Getriebe Geräusche verursachen, die über sogenannte Körperschalldämpfer reduziert wurden. Eine Vorrichtung zum Befestigen eines Körperschall übertragenden Bauelements ist in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2005 014 376 A1 dargestellt und beschrieben.
Die bisherigen Versuche, die DC-Motoren mit separatem Getriebe und Encoder durch einfach aufgebaute Schrittmotoren mit integrierter Spindel bzw. Antriebswelle zu ersetzen, scheiterten daran, dass die Einzelschritte der Motoren zu einer ruckartigen Bewegung im Bild führte. Ruckartige Bewegungen im Bild sind jedoch für einen Operateur nicht akzeptabel. Die ruckartige Bewegung bewirkt außerdem ein Aufschwingen der bewegten Masse, folglich eine Anregung des Systems, insbesondere des Mikroskops. Bei einem Gewicht von ca. 15 kg beginnt das Mikroskop langsam an zu schwingen und es entsteht für den Operateur ein instabiles Bild. Auch nach dem Abschalten des Schrittmotors schwingt das Mikroskop weiter. In der Praxis hat sich dies als unbrauchbar herausgestellt.
Die US 4 247 162 A beschreibt eine Linearbewegungsvorrichtung zur schnellen und präzisen Bewegung eines zu bewegenden Bauteils in eine lineare Richtung, wobei eine Vibration bei Ankunft der Zielposition sofort bereinigt wird. Die Linearbewegungsvorrichtung umfasst einen Rahmen, einen gepulsten Schrittmotor mit einem Rotationsschaft bzw. einer Welle, der bewegbar mit einem zu bewegenden Bauteil oder Plattform verbunden ist, und verbesserte Lager, die es der Plattform ermöglichen, schnell und präzise an die gewünschte Position zu gelangen, und die Zeit, bis die Platform keine Bewegung mehr aufweist, zu minimieren.
Die DE 44 20 382 A1 betrifft eine Schrittmotoreinrichtung für einen Prozessschreiber mit einem Schrittmotor mit einer Antriebswelle, die über ein Federelement mit einer Schaltwelle gekoppelt ist. Die Schaltwelle steht über ein Ritzel mit einem Außenzahnrad in Verbindung, um ein untersetzendes Getriebe zu bilden. Das Außenzahnrad besitzt eine Anformung für einen Riemen, der seinerseits mit dem Schlitten verbunden ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer X-Y-Verstelleinheit eines Operationsmikroskops die Verwendung von Schrittmotoren mit Antriebswelle zu ermöglichen und dabei die geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebswelle des Schrittmotors mit dem Schlitten über mindestens einen Elastomerdämpfer verbunden ist. Damit wird erreicht, dass zwischen der Antriebswelle und dem Schlitten keine direkte Verbindung besteht und Vibrationen und andere Störungen über die technische Feder bzw. den Elastomerdämpfer abgebaut werden.
Durch die Bewegung des Motors, d.h. bei jedem einzelnen Schritt, erfolgt eine ruckartige Bewegung der Antriebswelle und somit auch der Schlittens. Ohne den Elastomerdämpfer werden diese ruckartigen Bewegungen als Impuls auf das Gehäuse bzw. Mikroskop übertragen. Mit dem Elastomerdämpfer werden diese Impulse vom Dämpfer aufgenommen und absorbiert. Es findet somit keine Impulsübertragung auf den Schlitten statt und ein Schwingen des Schlittens bzw. des Mikroskops wird verhindert.
Ein Elastomerdämpfer mit den geschilderten Eigenschaften wird beispielsweise von der Firma Getzner Werkstoffe, Bürs / Bludenz, Österreich vertrieben.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der Schlitten einen Flansch auf, in dem der Elastomerdämpfer bewegbar angeordnet ist, so dass mögliche Ausschläge der Antriebswelle bzw. der Spindel durch ein Verschieben des Elastomerdämpfers im Flansch ausgeglichen werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Elastomerdämpfer als Scheibe ausgebildet, die mittig eine Bohrung für die Antriebswelle aufweist. Dadurch wird ein sicherer Halt der Antriebswelle im Elastomerdämpfer sicher gestellt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere, nebeneinander angeordnete Elastomerdämpfer vorgesehen um die dämpfenden Eigenschaften zu erhöhen.
Erfindungsgemäß ist der Schrittmotor mit der Antriebswelle und dem Elastomerlager als Antrieb in einer X-Y-Verstelleinheit für das Operationsmikroskop angeordnet, um so eine vibrationsfreie Verstellung des Mikroskops über der Operationsstelle auch während der Operation zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß ist der Schrittmotor direkt mit einer Spindel ausgestattet, so dass ein zusätzliches Getriebe entfällt.
In den Zeichnungen ist die Erfindung schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren in zwei Ausführungsbeispielen nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

1 Ansicht eines X-Y- Schlitten mit Schrittmotoren
2 Anordnung der Schrittmotoren
3 Schnittdarstellung des Schrittmotors mit Flansch
4 Stativ mit Operationsmikroskop und X-Y-Verstelleinrichtung
5 Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels

Die 1 zeigt eine Ansicht der X-Y-Verstelleinheit 7 mit einem Rahmen 11. Am Rahmen 11 ist eine Linearführung 10 angeordnet, an der ein in X-Richtung bewegbarer Schlitten 8 befestigt ist. Auf der anderen Seite des Rahmens 11 ist in äquivalenter Art und Weise ein in Y-Richtung bewegbarer Schlitten 9 angeordnet. Den Schlitten 8, 9 ist jeweils eine Aufnahme 18 für einen nicht mit dargestellten Stativarm eines Operationsmikroskops zugeordnet.
Zum Antrieb des Schlittens 9 ist ein Schrittmotor 1 mit einer als Spindel 6 ausgebildeten Antriebswelle vorgesehen. Der Schrittmotor 1 ist mit einem Aufnahmeflansch 12 verbunden. Der Aufnahmeflansch 12 ist am Rahmen 11 befestigt.
Die 2 zeigt eine Ansicht der X-Y-Verstelleinheit 7 mit dem feststehenden Rahmen 11 und den Schrittmotoren 1 für den hier nicht mit dargestellten
Schlitten 8 und den Schlitten 9. Der Schrittmotor 1 ist mit dem Anschlussflansch 12 verbunden.
Die Spindel 6 des Schrittmotors 1 ist in einer Spindelführung 13 gehalten, die mit einem Flansch 2 als Antrieb für den Schlitten verbunden ist. Eine Drehung der Spindel 6 durch den Schrittmotor 1 wird so in eine Linearbewegung des Schlittens umgesetzt.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch die Spindelführung 13 mit dem Flansch 2 in dem der Elastomerdämpfer 3 über einen Flansch 2a gehalten ist. Der Elastomerdämpfer 3 ist zwischen zwei Scheiben 14 derart geklemmt angeordnet, dass sich eine Vorspannung für den Elastomerdämpfer 3 von mindestens 6 % seines Volumens ergibt. Die Spindel 6 des Schrittmotors 1 ist durch eine Bohrung 4 im Elastomerdämpfer 3 und die beiden Scheiben 14 geführt und am Ende mit einer Mutter 5 und einer Hülse 20 versehen. Über die Mutter 5, die Hülse 20 und die beiden Scheiben 14 erfolgt die Klemmung des Elastomerdämpfers 3.
Die 4 zeigt schematisch ein Stativ 15 mit einem Ausgleichsgewicht 16 und einem Operationsmikroskop 17, welches über die X-Y-Verstelleinheit 7 am Stativ befestigt ist. Über die X-Y-Verstelleinheit 7 lässt der Bildausschnitt des Operationsmikroskop 17 verändern.
Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spindelführung 13 mit zwei parallel zueinander angeordneten Elastomerdämpfern 3, die zwischen dem Flansch 2 und den beiden Scheiben 14 eingespannt sind. Dazu ist der Spindel 6 die Mutter 5 zugeordnet, so dass durch Anziehen der Mutter 5 eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Elastomerdämpfern 3 und dem Flansch 2 erzeugt wird. Dabei werden beide Elastomerdämpfer 3 um mindestens 6 % des Ausgangsvolumens zusammengedrückt. Der Flansch 2 weist mittig eine Bohrung 19 zur Durchführung der Spindel 6 auf und ist direkt mit dem Schlitten 8 verbunden.

Claims

X-Y-Verstelleinheit (7) eines Operationsmikroskops (17) mit Stativ (15), wobei die X-Y-Verstelleinheit (7) einen Rahmen (11) mit jeweils einer Linearführung (10) aufweist, wobei ein in X-Richtung bewegbarer Schlitten (8) an einer der Linearführungen (10), ein in Y-Richtung bewegbarer Schlitten (9) an der anderen der Linearführungen (10) angeordnet ist, wobei jeder der Schlitten (8;9) jeweils mittels einer Antriebswelle (6) von einem an dem Rahmen (11) befestigten Antriebsmotor angetrieben wird, wobei der Antriebsmotor als Schrittmotor (1) und die Antriebswelle (6) als Spindel ausgebildet ist und die Antriebswelle (6) über mindestens einen Elastomerdämpfer (3) mit dem Schlitten (8; 9) verbunden ist, und wobei der Elastomerdämpfer (3) eine Bohrung (4) für die Antriebswelle (6) aufweist und der Schlitten (8; 9) derart mit dem Elastomerdämpfer (3) verbunden ist, dass zwischen der Antriebswelle (6) und dem Schlitten (8; 9) keine direkte Verbindung besteht.
X-Y-Verstelleinheit (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (8; 9) einen Flansch (2) aufweist, in dem der Elastomerdämpfer (3) bewegbar angeordnet ist.
X-Y-Verstelleinheit (7) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerdämpfer (3) als Scheibe ausgebildet ist.
X-Y-Verstelleinheit (7) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, nebeneinander angeordnete Elastomerdämpfer (3) vorgesehen sind.
X-Y-Verstelleinheit (7) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elastomerdämpfer (3) über mindestens zwei Scheiben (14) kraftschlüssig mit dem Flansch (2) verbunden sind.
X-Y-Verstelleinheit (7) nach mindestens einem dem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elastomerdämpfer (3) über eine Vorspannung von mindestens 6 % seines Ausgangsvolumens montiert ist.