DE102012202303A1

DE102012202303A1 - Verstellbares Stativ

Info

Publication number: DE102012202303A1
Application number: DE102012202303A
Authority: DE
Inventors: Roman Frick; Marco Schutz
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-22
Also published as: CN103256456A; JP2013167878A; US20130206933A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verstellbares Stativ mit einem ersten Arm (104), welcher um eine erste Drehachse (102a) drehbar ist, und einem zweiten Arm (106), der gelenkig an einem Ende des ersten Arms (104) angebracht ist, wobei an dem distalen Ende des zweiten Arms (106) eine Aufhängevorrichtung (110) vorgesehen ist, ferner mit einer mit dem ersten Arm (104) in Wirkverbindung stehenden Ausgleichsmasse (120, 130), wobei die Ausgleichsmasse (120, 130) wenigstens teilweise entlang einer Achse (200), die zur ersten Drehachse (102a) hin gerichtet ist, hin- und herverschiebbar ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verstellbares Stativ nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Zur einfachen Handhabung von schweren medizinischen Beobachtungsgeräten, wie beispielsweise Operationsmikroskopen, ist es üblich, verstellbare Stative vorzusehen, auf welchen die Beobachtungsgeräte befestigbar bzw. aufhängbar sind. Hierbei ist es zur Gewährleistung einer feinfühligen und einfachen, wenig Kraft benötigenden horizontalen und vertikalen Bewegbarkeit üblich, Ausgleichsgewichte am Stativ auszubilden, welche zum Ausbalancieren des Gewichtes des am Stativ angehängten optischen Beobachtungsgerätes dienen. Da ferner typischerweise unterschiedliche optische Beobachtungsgeräte, welche entsprechend unterschiedliche Gewichte aufweisen, zusammen mit einem Stativ verwendet werden, muss es auch möglich sein, die Ausgleichsgewichte an unterschiedliche medizinische Beobachtungsgeräte anzupassen.
Die US 6,050,530 A schlägt zu diesem Zwecke eine Verschiebbarkeit von Gegengewichten am Stativ mittels entsprechender horizontaler und vertikaler Gleitmechanismen vor. Diese Gleitmechanismen werden als relativ aufwendig empfunden, wobei auch die Notwendigkeit, Ausgleichsgewichte an unterschiedlichen Positionen des Stativs zu positionieren sowie an diesen Positionen festzustellen (zu befestigen) mit relativ hohem Aufwand verbunden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verstellbaren Stativs, welches in einfacher und zuverlässiger Weise an eine Vielzahl unterschiedlich schwerer medizinischer Beobachtungsgeräte anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein verstellbares Stativ mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteile der Erfindung
Mit dem erfindungsgemäßen Stativ ist ein in einfacher Weise ausbalancierbares System zur Verfügung gestellt, mit dem optische Beobachtungsgeräte, beispielsweise Operationsmikroskope, in einfacher und zuverlässiger Weise handhabbar sind. Erfindungsgemäß ist ein Verschieben einer Ausgleichsmasse nur in einer einzigen Richtung notwendig. Hierdurch ist eine sehr einfache Verstellmechanik realisierbar.
Als besonders vorteilhaft erweist sich hierbei die wenigstens teilweise Verschiebbarkeit der Ausgleichsmasse entlang einer Achse, die zu der ersten Drehachse des Stativs hin gerichtet ist, wobei diese erste Drehachse die Drehachse ist, um welche das Stativ insgesamt verdrehbar bzw. verschwenkbar ist. Hierdurch ist eine besonders effektive Ausgleichsmassenverschiebung bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass es sich bei dieser Achse um eine reale oder virtuelle Achse handeln kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist bevorzugt, dass die Ausgleichsmasse eine erste Masse, welche nicht verschiebbar ist, und eine zweite Ausgleichsmasse, welche in der Richtung auf die erste Drehachse zu hin- und herverschiebbar ist, aufweist. Mit dieser Maßnahme ist gewährleistet, dass nur ein Teil der (Gesamt-)Ausgleichsmasse verschiebbar ausgebildet sein muss. Hierdurch können entsprechende Antriebe zur Verschiebung der Ausgleichsmasse gegenüber herkömmlichen Lösungen kleiner dimensioniert sein, wodurch das Stativ insgesamt kleiner gebaut und Kosten gespart werden können.
Es erweist sich als besonders zweckmäßig, dass die an dem zweiten Arm des Stativs vorgesehene Aufhängevorrichtung um eine zweite Drehachse, welche auf dem zweiten Arm ausgebildet ist, drehbar ist, wobei diese zweite Drehachse parallel zu der ersten Drehachse ausgerichtet ist, wobei die zweite Drehachse durch eine (gedachte) Verlängerung der Achse, auf der die Ausgleichsmasse wenigstens teilweise hin- und herverschiebbar ist, verläuft.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich hierbei die Achse, entlang der die Ausgleichsmasse wenigstens teilweise hin- und herverschiebbar ist, senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der ersten Drehachse, und somit auch senkrecht zur zweiten Drehachse.
Insgesamt verläuft entlang der Achse, auf der die Ausgleichsmasse wenigstens teilweise hin- und herverschiebbar ist, sowie ihrer (gedachten) Verlängerung, die sogenannte neutrale Achse des Stativs. Einstellungen der Ausgleichsmasse entlang dieser neutralen Achse erweisen sich als sehr effektiv, d. h. mit einer relativ kurzen Verschiebungen lässt sich ein relativ großes Drehmoment ausgleichen.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, den ersten Arm als Parallellenker bzw. Gelenk-Parallelogramm mit einer inneren Stange und einer äußeren Stange auszubilden, wobei die erste Drehachse auf der inneren Stange realisiert ist, wobei die wenigstens teilweise verschiebbare Ausgleichsmasse auf einer Halterung angebracht ist, welche um eine weitere Drehachse auf einer Verlängerung einer Verbindungsstange des ersten Parallellenkers verschwenkbar gelagert ist, wobei die Halterung mit einer Führung ausgebildet ist, in welche ein an der äußeren Stange des ersten Parallellenkers vorgesehenes Führungselement eingreift. Mit dieser Maßnahme ist eine mechanisch besonders einfache Konstruktion zur Verfügung gestellt, mit der gewährleistet werden kann, dass die Achse, entlang der die Ausgleichsmasse wenigstens teilweise hin- und herverschiebbar ist, die erste Drehachse und die zweite Drehachse auf der neutralen Achse des Stativs liegen. Hierzu muss lediglich gewährleistet werden, dass das Führungselement zwischen der wenigstens teilweise verschiebbaren Ausgleichsmasse und der ersten Drehachse ebenfalls auf dieser neutralen Achse liegt.
Zweckmäßigerweise ist auch der zweite Arm als Parallellenker mit einer ersten und einer zweiten Stange ausgebildet.
Zweckmäßigerweise weist das erfindungsgemäße Stativ wenigstens ein Sensorelement auf, mittels dessen auf das Stativ wirkende Momente (Drehmomente) erfassbar sind, sowie eine mit dem wenigstens einen Sensorelement zusammenwirkende Steuerung, welche einen Antrieb derart ansteuert, dass die Ausgleichsmasse verschiebbar ist. Mittels derartiger Komponenten ist eine Verstellung des Stativs in Abhängigkeit von einer an der Aufhängevorrichtung angebrachten optischen Vorrichtung, insbesondere Operationsmikroskop, in einfacher Weise möglich.
Zweckmäßigerweise weist das Stativ eine Bremseinrichtung auf, mittels der eingestellte Stellungen des Stativs arretierbar sind.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt eine schematische seitliche Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen verstellbaren Stativs.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen verstellbaren Stativs ist in 1 insgesamt mit 100 bezeichnet. Das Stativ weist als Tragelement eine Trägersäule 102 auf, an der ein Parallellenker-Gestänge schwenkbar gelagert ist.
Das Parallellenker-Gestänge weist als ersten Arm einen ersten Parallellenker 104 mit Stangen 104a, 104b sowie als zweiten Arm einen zweiten Parallellenker 106 mit Stangen 106a, 106b auf. Das Parallellenker-Gestänge 104, 106 ist um eine Drehachse 102a, welche an der Tragsäule 102 ausgebildet ist, insgesamt verschwenkbar. Der Parallellenker 106 ist ferner bezüglich des Parallellenkers 104 mittels eines Mechanismus 105, welcher einen Winkel 105a und Drehachsen 105b, 105c aufweist, verschwenkbar. Der Parallellenker 106 dient somit als Auslegearm für den Parallellenker 104. Weitere Drehachsen des Parallellenker-Gestänges sind in der Zeichnung mittels kleiner Kreise dargestellt, der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht alle mit Bezugszeichen versehen. Zweckmäßigerweise ist eine Brems- bzw. Arrettiereinrichtung 210 vorgesehen, mit der eingestellte Positionen des Stativs festlegbar sind. Diese Einrichtung kann z. B. in der Umgebung der Drehachse 102a oder einer Drehachse an einem Ende einer der Stangen 104a, 104b ausgebildet sein. In der 1 ist diese Einrichtung 210 beispielhaft am unteren Ende der Stange 104a ausgebildet.
Am freien bzw. distalen Ende 106c des Parallellenkers 106 ist mittels einer Aufhängevorrichtung 110 eine medizinische optische Vorrichtung, insbesondere ein Operationsmikroskop 112, gegebenenfalls mit Hilfsvorrichtungen 114, 116, aufgehängt.
Zum Ausbalancieren der durch das Gewicht der medizinischen optischen Vorrichtung 112 (und gegebenenfalls von Hilfsvorrichtungen 114, 116) erzeugten Momente (Drehmomente) ist auf einer Verlängerung einer horizontalen Verbindungsstange 104c des ersten Parallellenkers 104, welche die erste bzw. innere Stange 104a und die zweite bzw. äußere Stange 104b verbindet, eine erste Ausgleichsmasse 120 ausgebildet. An dem Ende der Verlängerung der Verbindungsstange 104c, an dem auch die erste Ausgleichsmasse 120 vorgesehen ist, ist ferner eine Halterung 180 für eine zweite Ausgleichsmasse 130 vorgesehen. Diese Halterung 180 ist um eine Drehachse 181 relativ zu der Verlängerung der Verbindungsstange 140c verschwenkbar. Die Halterung 180 weist einen ersten Bereich 180a auf, der als Linearführung ausgebildet ist, auf dem die zweite Ausgleichsmasse 130 (als Linearschlitten) hin- und her verschiebbar und an einer gewünschten Position arretierbar ist. Die Verschiebbarkeit der zweiten Ausgleichsmasse 130 ist durch Anschläge bzw. sonstige geeignete Mittel begrenzt. Der Anschaulichkeit halber ist von 1 lediglich ein Anschlag 180b dargestellt.
An diesen Anschlag 180b schließt sich ein zweiter Bereich 180c der Halterung 180 an. Dieser zweite Bereich 180c weist ein Langloch 180d auf, dessen Haupterstreckungsrichtung der Verschiebbarkeitsrichtung der zweiten Ausgleichsmasse 130 entspricht. Der erste Bereich 180a und der zweite Bereich 180c der Halterung 180 können zweckmäßigerweise einstückig ausgebildet sein, wobei der Anschlag 180b an einer gewünschten Stelle positionierbar und fixierbar ist.
Das Langloch 180d dient als Führung für ein auf der äußeren Stange 104b des ersten Parallellenkers 104 ausgebildetes Führungselement 190. Das Führungselement 190 kann z. B. als Führungsstift ausgebildet sein.
Die Position des Führungselements 190 auf der Stange 104b ist so gewählt, dass das Führungselement auf einer (gedachten) Verbindungsgeraden zwischen der Drehachse 181 und der Drehachse 102a des ersten Parallellenkers 104 auf der zweiten Stange 104a liegt. Diese Linie bzw. Achse ist in der 1 dargestellt und mit 200 bezeichnet. Dies hat zur Folge, dass eine Verschiebung der zweiten Ausgleichsmasse 130 entlang dem als Linearführung dienenden ersten Bereich 180a der Halterung 180 stets entlang dieser Linie 200 erfolgt, also entlang einer Achse in Richtung hin oder weg von der Drehachse 102a. Gleichzeitig erfolgt diese Verschiebung senkrecht zu den Drehachsen 181 und 102a.
Man erkennt, dass auf einer (wiederum gedachten) Verlängerung der Linie 200 eine weitere Drehachse, nämlich die Drehachse 107 der Aufhängung 110 an der zweiten oder inneren Stange 106b des zweiten Parallellenkers 106 liegt.
Die Linie 200 stellt somit die neutrale Achse des Stativs dar.
Zwischen den Stangen 104a, 104b des ersten Parallellenkers 104 ist eine weitere Stange 104d vorgesehen. Diese Stange ist an ihrem ersten Ende um einen Schwenkpunkt 102b auf dem Tragelement 102 schwenkbar, und mit ihrem zweiten Ende mit dem Winkel 150a des Mechanismus 105 verbunden.
Man erkennt ferner, dass die Aufhängungsvorrichtung 110 an einer Verlängerung einer Verbindungsstange 106c, welche die beiden Stangen in 106a und 106b des zweiten Parallellenkers 106 miteinander verbindet, angebracht ist.
Die Verbindungsstange 106c ist an der Drehachse 107 bezüglich der Stange 106b, und an einer Drehachse 108 bezüglich der Stange verschwenkbar. Diese Verschwenkbarkeit gewährleistet eine lotrechte Ausrichtung der Verbindungsstange 106c in jeder einstellbaren Stellung des Stativs 100, wie weiter unten noch erläutert wird.
Es sei zunächst davon ausgegangen, dass sich das Stativ 100 in der in 1 dargestellten Position im Gleichgewicht befindet. Dies bedeutet, dass die an der Verbindungsstange 106c wirkenden Momente, welche im Wesentlichen verursacht sind von dem Operationsmikroskop 112 sowie gegebenenfalls weiteren Komponenten 114, 116 (sowie gegebenenfalls dem Gewicht der Aufhängungsvorrichtung 110), den von den Ausgleichsmassen 120, 130 verursachten Momenten entsprechen. Um dieses Gleichgewicht einzustellen ist das verschiebbare Gewicht 130 an einer geeigneten Position entlang des ersten Bereiches 181 der Halterung 180 positioniert und fixiert.
Wird die an der Aufhängungsvorrichtung 110 angehängte Masse verändert, beispielsweise durch Montage eines schwereren Operationsmikroskops 112 und/oder die Anbringung einer weiteren oder schwereren Hilfsvorrichtung 112, 114, erkennt ein an geeigneter Stelle positionierter Drehmoment-Sensor ein hierdurch entstehendes statisches Ungleichgewicht. Die von einem derartigen Sensor erfassten Werte werden zweckmäßigerweise an eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) gegeben, welche mittels Ansteuerung eines (nicht dargestellten) Antriebs eine entsprechende Verschiebung der zweiten Ausgleichsmasse 130 entlang des ersten Bereiches 180a der Halterung 180 nach außen, das heißt in Richtung des Schwenkpunktes 181, bewirkt. Hierdurch kann das zusätzliche, an der Verbindungsstange 106c wirkende Moment wirksam ausgeglichen werden.
Die beschriebene Gleichgewichts-Stellung des Stativs 100 ermöglicht eine sehr schnelle und sehr wenig Kraft benötigende Verstellung des Stativs, beispielsweise im Falle einer Verschiebung in Richtung eines der Pfeile P. Durch den dargestellten Mechanismus ist gewährleistet, dass in sämtlichen einstellbaren Stellungen der Schwenkpunkt 181, das Führungselement 190 die Drehachse 102a und die Drehachse 107 entlang einer Linie (der neutralen Achse 200) liegen.
Die Beaufschlagung des Schwenkmechanismus 105 durch die dritte Stange 104d des ersten Parallellenkers 104 bewirkt ferner, dass die Querstange 106c, und somit ein an dieser angehängtes Operationsmikroskop, stets lotrecht aufgehängt ist.
In jeder einstellbaren Position des Stativs 100 ist es, wie dargestellt, in einfacher Weise möglich, mittels Verschieben der zweiten Ausgleichsmasse 130 das Stativ für Operationsmikroskope bzw. Hilfseinrichtungen unterschiedlicher Masse auszubalancieren. Als besonders vorteilhaft erweist sich, dass gemäß der dargestellten Lösung lediglich die zweite Ausgleichsmasse 130 verschoben werden muss. Die erste Ausgleichsmasse 120 kann ortsfest bezüglich der Verlängerung der Verbindungsstange 104c vorgesehen sein. Insbesondere kann die zweite Ausgleichsmasse 130 wesentlich kleiner sein als die erste Ausgleichsmasse 120. Zur Verschiebung der zweiten Ausgleichsmasse 130 kann daher ein sehr klein dimensionierter Antrieb verwendet werden.
Bezugszeichenliste

100: verstellbares Stativ
102: Tragsäule bzw. Tragelement
102a: Drehachse
104,: Parallellenker
104a, 104b: Stangen
104c: Verbindungsstange
105: Schwenkmechanismus
105a: Winkel
105b, 105c: Drehachsen
106: Parallellenker
106a, 106b: Stangen
106c: freies bzw. distales Ende
107, 108: Drehachsen
110: Aufhängevorrichtung
112: medizinische optische Vorrichtung, insbesondere Operationsmikroskop
114, 116: Hilfsvorrichtungen
120: erste Ausgleichsmasse
130: zweite Ausgleichsmasse
140: Fluidleitung
150: ansteuerbarer Pumpmechanismus
160: Brems- bzw. Arretiereinrichtung
180: Halterung
180a: erster Bereich der Halterung (Linearführung)
180b: Anschlag
180c: zweiter Bereich der Halterung
180d: Langloch
181: Drehachse
190: Führungselement
200: neutrale Achse (Linie)
210: Brems- bzw. Arretiereinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6050530 A [0003]

Claims

Verstellbares Stativ mit einem ersten Arm (104), welcher um eine erste Drehachse (102a) drehbar ist, und einem zweiten Arm (106), der gelenkig an einem Ende des ersten Arms (104) angebracht ist, wobei an dem distalen Ende des zweiten Arms (106) eine Aufhängevorrichtung (110) vorgesehen ist, ferner mit einer mit dem ersten Arm (104) in Wirkverbindung stehenden Ausgleichsmasse (120, 130), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (120, 130) wenigstens teilweise entlang einer Achse (200), die zur ersten Drehachse (102a) hin gerichtet ist, hin- und herverschiebbar ausgebildet ist.
Stativ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse eine erste Masse (120), welche nicht verschiebbar ist, und eine zweite Ausgleichsmasse (130), welche entlang der Achse (200), die zur Drehachse (102a) hin gerichtet ist, hin- und herverschiebbar ausgebildet ist, aufweist.
Stativ nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängevorrichtung um eine zweite Drehachse (107) auf dem zweiten Arm (106) drehbar ausgebildet ist, wobei die zweite Drehachse (107) parallel zu der ersten Drehachse (102a) ausgebildet ist, und wobei die zweite Drehachse (107) durch eine gedachte Verlängerung der Achse (200), entlang der die Ausgleichsmasse wenigstens teilweise hin- und herverschiebbar ist, verläuft.
Stativ nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (104) als Parallellenker bzw. Gelenk-Parallelogramm mit einer inneren Stange (104a) und einer äußeren Stange (104b) ausgebildet ist, wobei die erste Drehachse (102a) auf der inneren Stange (104a) realisiert ist, wobei die verschiebbare Ausgleichsmasse auf einer Halterung (180) angebracht ist, welche um einen Drehpunkt (181) auf einer Verlängerung auf einer Verbindungsstange (104c), welche die innere Stange (104a) und die äußere Stange (104b) miteinander verbindet, verschwenkbar gelagert ist, wobei die Halterung (180) mit einer Führung (180c) ausgebildet ist, in welche ein an der äußeren Stange (104b) des ersten Parallellenkers vorgesehenes Führungselement (190) eingreift.
Stativ nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arm (106) als Parallellenker mit einer ersten Stange (106a) und einer zweiten Stange (106b) ausgebildet ist.
Stativ nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Sensorelement mittels dessen auf das Stativ wirkende Drehmomente bzw. Momente erfassbar sind, sowie eine mit dem wenigstens einen Sensorelement zusammenwirkende Steuerung, welche eine Antriebseinrichtung steuert, mit der die Ausgleichsmasse verschiebbar ist.
Stativ nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bremseinrichtung (210), mittels der eingestellte Stellungen des Stativs arretierbar sind.