DE102013016369A1

DE102013016369A1 - Verstellbares Stativ für ein optisches Beobachtungsgerät

Info

Publication number: DE102013016369A1
Application number: DE201310016369
Authority: DE
Inventors: Mathias John; Joachim Luber
Original assignee: Karl Kaps & Co KG GmbH
Current assignee: Karl Kaps & Co KG GmbH
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-02
Also published as: GB2534733B; GB2534733A; RU2670734C2; US9874714B2; JP2016532140A; RU2670734C9; US20160238815A1; WO2015043763A1; RU2016105101A

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem verstellbaren Stativ für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für ein Operationsmikroskop, mit einer Kippachse 1 und mit einer Schwenkachse 2 für das optische Beobachtungsgerät und mit einem Flansch 4 zur Verbindung mit dem optischen Beobachtungsgerät oder eines weiteren Gliedes des verstellbaren Stativs, wobei an mindestens einer der beiden Achsen 1, 2 eine erste Drehmomentausgleichsvorrichtung angeordnet ist, die eine erste Bremse 13 zur Festlegung der Achse 1, 2 aufweist, und die eine erste Feder 11 aufweist, welche mit einem ersten Motor 12 zur Verstellung der Federspannung der ersten Feder 11 verbunden ist und der erste Motor 12 mit einer ersten Motorsteuerung verbunden ist, und die eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 14 aufweist, die zwischen der ersten Feder 11 und der Achse 1, 2 ausgebildet ist, und die einen ersten Ortssensor 16 zur Bestimmung der Lage der Achse 1, 2 aufweist, und die einen ersten Kraftsensor 15 zur Bestimmung der Federspannung der ersten Feder 11 aufweist, wobei der Ortssensor 16 und der Kraftsensor 15 mit einer Steuereinheit verbunden sind.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem verstellbaren Stativ für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für ein Operationsmikroskop, mit einer Kippachse und mit einer Schwenkachse für das optische Beobachtungsgerät und mit einem Flansch zur Verbindung mit dem optischen Beobachtungsgerät.
Es ist bekannt, dass zum feinfühligen und exakten Bewegen eines Operationsmikroskops, bei dem zum Beispiel durch Hinzufügen einer optionalen Einrichtung, sich die Drehmomente ändern, ein Drehmomentausgleich notwendig wird. Aufwendige Systeme versuchen jede der Bewegungsachsen auszugleichen, wie dies beispielsweise in der JP 9182759 A gezeigt ist. Dort erfolgt der Ausgleich, teilweise auch automatisch, durch Verschieben von Gewichten. Nachteilig ist, dass diese Apparatur sehr teuer und deswegen auch nur für high-end Systeme benutzt werden kann.
Ähnlich ist dies bei den weiteren, aus dem Stand der Technik gemäß der JP 8266555 A , der JP 6269463 A und der EP 0 656 194 A1 bekannten Lösungen zu bewerten.
Kostengünstigere Drehmomentausgleichsvorrichtungen sind bekannt, die direkt am Operationsmikroskop angebracht sind und nicht an dessen Träger, beispielsweise aus der DE 42 31 516 A1 , der EP 1 312 850 A2 oder der JP 2009 201 995 A .
Bei der DE 42 31 516 A1 werden eine oder mehrere Achsen durch eine manuell verstellbare Feder drehmomentenausgeglichen. Diese Vorrichtung kann nur bei kleinen Drehmomentänderungen benutzt werden und das System muss manuell je nach Lage der Achse nachgestellt werden. Heutige Mikroskope haben mehr und mehr Zubehör. Um dieses zusätzliche Drehmoment auszugleichen, würde die Größe des hier genannten Systems so weit erhöht werden müssen, dass es praktisch nicht mehr eingesetzt werden kann.
Ein anderer Weg wird bei der EP 1 312 850 A2 verfolgt. Hier wird mit Hilfe einer Gasdruckfeder und einem Wandler, der den Lineardruck der Gasdruckfeder oder auch Federelementen in ein Gegenmoment zum Drehmomentausgleich des Mikroskops wandelt. Der Nachteil dieser Einrichtung ist die dafür nötige Baugröße sowie die fehlende Möglichkeit einer auto- oder semiautomatischen Einstellung des Drehmomentausgleichs.
Die JP 2009 201 995 A beschreibt einen anderen Weg. Hier wird mit Hilfe zweier Lineartriebe das Mikroskop relativ zur Aufhängung am Trägersystem in x- und y-Richtung manuell soweit verstellt, bis der Drehmomentausgleich stattfindet. Der große Nachteil dieser Erfindung ist, dass dadurch das Mikroskop soweit vom Zentrum verstellt wird und bei Rotationsbewegungen der Fokuspunkt des Mikroskops mehr und mehr abweicht. Des Weiteren ist mit dieser Einrichtung schon prinzipiell kein automatischer oder semiautomatischer Momentausgleich möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegen deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Lösung eines Drehmomentausgleichs für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere ein Operationsmikroskop, zu schaffen, das trotz großer Bandbreite des Ausgleichs von Drehmomenten durch mehr und mehr Zubehör, nur einen geringen Bauraum aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Aufgrund der beiden Sensoren kann eine automatische Bestimmung des auszugleichenden Drehmoments in der ersten Steuereinheit erfolgen. Da die erste Feder mit einem ersten Motor verbunden ist, muss die Federspannung der ersten Feder nicht manuell eingestellt werden, was die Arbeit des Operateurs erheblich erleichtert. Eine automatische Einstellung des Gegendrehmoments in der ersten Feder, das mittels eines geeigneten Algorithmus in der Steuereinheit bestimmt werden kann, kann aufgrund einer motorischen Verdrehung der ersten Feder erfolgen. Die Motorsteuerung wird dabei von der Steuereinheit anhand des Ergebnisses der Auswertung der beiden Sensoren bedient. Die erste Bremse dient dazu, die Vorrichtung in der gewählten Position festzulegen, so dass der Operateur auch in dem Fall, dass kein Drehmomentausgleich stattgefunden hat, entlastet ist und auch keine unbeabsichtigte Bewegung des Operationsmikroskops erfolgt. Die Übertragung des in der ersten Feder aufgebauten Gegendrehmoments auf die erste Achse, an der das Drehmoment angreift, erfolgt über die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung. Dadurch, dass die erste Drehmomentausgleichsvorrichtung an der ersten Achse angeordnet ist, erhält man eine sehr kompakte, raumsparend Bauweise.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an der zweiten Achse eine zweite Drehmomentausgleichsvorrichtung angeordnet ist, die grundsätzlich die gleichen Bauelemente aufweist, wie diejenigen der ersten Drehmomentausgleichsvorrichtung. Dies führt auch in Bezug auf die zweite Achse auf die im vorangehenden Absatz ausgeführten Vorteile. Dadurch, dass an beiden Achsen jeweils eine Drehmomentausgleichsvorrichtung angeordnet ist, genießt der Operateur bei jeder möglichen Veränderung des optischen Beobachtungsgeräts die oben genannten Vorteile.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kippachse im Wesentlichen senkrecht auf die Schwenkachse steht. Da dies die normale Ausbildung dieser beiden Achsen an den handelsüblichen Stativen ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung an diesen verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung und/oder die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung ein Übersetzungsverhältnis aufweist, das von 1:1 abweicht, insbesondere zwischen 1:1,5 und 1:4 liegt, bevorzugt 1:3 beträgt. Dadurch ist es möglich, die benötigten Gegendrehmomente in der Feder, beispielsweise aufgrund massivem und gegebenenfalls relativ weit von der jeweiligen Achse angeordnetem Zubehör, gering zu halten, was dann wegen reduzierter Größe von erster Feder und erster Bremse wieder zu einer kompakten Bauform führt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Bremse mit einer ersten Bremsensteuerung verbunden ist und/oder die zweite Bremse mit einer zweiten Bremsensteuerung verbunden ist. Dadurch kann eine semiautomatische oder vollautomatische Ausbalancierung der Vorrichtung erreicht werden, da die Bremse nur für den Zeitraum automatisch geöffnet wird, in dem der Ausgleich des an der jeweiligen Achse angreifenden Drehmoments durchgeführt wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Motorsteuerung und/oder die zweite Motorsteuerung und/oder die erste Bremsensteuerung und/oder die zweite Bremsensteuerung als Software auf einem Rechner enthalten ist. Damit ist die Kompaktheit der Vorrichtung gegeben und die gesamten benötigten Steuerungen können in einem einzigen Gerät zusammengefasst werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Achse der ersten Bremse und die Achse der ersten Feder zusammenfallen und/oder die Achse der zweiten Bremse und die Achse der zweiten Feder zusammenfallen. Dadurch kann eine kompakte Bauweise erreicht werden und die optimale Übertragung der Kraft des jeweiligen Motors auf die zugehörige Feder wird gewährleistet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Bremse und/oder die zweite Bremse eine elektromagnetische Bremse ist. Solche Bremsen sind gut anzusteuern, kompakt bauend und als Standardteil preiswert einsetzbar.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass am Flansch ein Operationsmikroskop oder ein weiteres Glied des Stativs angebracht ist. Dies stellt einen Hauptanwendungsfall des erfindungsgemäßen Stativs dar, so dass der Operateur des Operationsmikroskops alle oben genannten Vorteile genießt. Die Erfindung ist so ausgelegt, dass statt des im Ausführungsbeispiel gezeigten Flansches zum Anschluss eines Operationsmikroskops, ein weiteres Glied des verstellbaren Stativs angeschlossen werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das verstellbare Stativ Bestandteil eines Decken-, Wand- oder Bodenstativs ist. Dadurch können handelsübliche Decken-, Wand- oder Bodenstative verwendet werden, an deren Kippachse und/oder deren Schwenkachse die erfindungsgemäßen Bestandteile angebracht oder die dementsprechend nachgerüstet werden können. Dies bedeutet, dass es nicht nötig ist, aufwendige Zusatzteile – wie aus dem Stand der Technik bekannt – zu dem sowieso nötigen Decken-, Wand- oder Bodenstativs vorzusehen. Dies trägt zu einer kompakteren Bauweise des gesamten Geräts bei und spart darüber hinaus Kosten gegenüber einem aufwendigen Zusatzteil ein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt
einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen verstellbaren Stativs.
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gegenstands in Form eines Teils eines Deckenstativs für ein Operationsmikroskop. Das Deckenstativ ist hier nur noch mit seinem Anschlussstück 3 dargestellt; es ist jedoch dem Fachmann gut bekannt, so dass hier auf näherer Ausführungen verzichtet werden kann, insbesondere im Hinblick darauf, dass die Ausführung des weiteren Teils des Deckenstativs für die Erfindung nicht von Bedeutung ist. Andere Arten von Stativen, wie Wand- oder Bodenstative, können genauso gut im Rahmen der Erfindung verwendet werden.
Am Ende des Anschlussstücks 3 sind zwei Achsen, eine Kippachse 1 und eine Schwenkachse 2, ausgebildet. Am freien Ende der Schwenkachse 2 ist ein Flansch 4 ausgebildet, an dem das Operationsmikroskop (nicht dargestellt) oder ein weiteres Glied des Deckenstativs angebracht werden kann. Es kann jedes beliebige Operationsmikroskop an den Flansch 4 angebracht werden; dies gilt auch für an das Operationsmikroskop anbringbare Zubehörteile. Das Operationsmikroskop muss dabei nicht direkt an den Flansch 4 angeschlossen werden, sondern es können zwischen dem Flansch 4 und dem Operationsmikroskop auch noch ein weiteres Glied oder mehrere Glieder des Deckenstativs angeordnet werden.
In der Figur verläuft die Kippachse 1 horizontal; ebenso die Schwenkachse 2, die hierzu orthogonal ausgerichtet ist. Ein Operateur, der das Operationsmikroskop bedient, muss dieses im Regelfall während einer Operation in verschiedene Positionen bringen. Da der Schwerpunkt des Operationsmikroskops mit Zubehörteilen in der Regel nicht auf der Schwenkachse 2 und keinesfalls auf der Kippachse 1 liegt, sind Drehmomente um diese beiden Achse 1, 2 vorhanden. Damit das Operationsmikroskop mit seinem Zubehör nicht um die jeweilige Achse 1, 2 so lange rotiert, bis deren Schwerpunkt im Lot unterhalb der jeweiligen Achse 1, 2 zu liegen kommt, müssen an der jeweiligen Achse 1, 2 Gegendrehmomente aufgebracht werden, die das jeweilige Drehmoment aufgrund der Position und Masse des Operationsmikroskops samt Zubehörteilen ausgleichen.
Zuerst wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Kippachse 1 beschrieben. Aufgrund des Masseschwerpunkts des Operationsmikroskops samt Zubehörteilen und zusätzlich der Teile, die zur Schwenkachse 2 gehören, greift ein Drehmoment an der Kippachse 1 an, das gegen den Uhrzeigersinn wirkt, wenn man in der Figur von rechts auf die Kippachse 1 blickt. Dieses Drehmoment würde bewirken, dass das Operationsmikroskop samt Zubehörteilen und der Schwenkachse 2 soweit gegen den Uhrzeigersinn um die Kippachse 1 rotiert, bis sich der Schwerpunkt des Systems aus Operationsmikroskop, Zubehörteilen und Schwenkachse 2 lotrecht unterhalb der Kippachse 1 befindet. Da der Operateur jedoch regelmäßig eine andere Position für das Operationsmikroskop benötigt, um arbeiten zu können, muss ein entsprechendes Gegendrehmoment – im Uhrzeigersinn, wenn man von rechts auf die Kippachse 1 blickt – an der Kippachse 1 ansetzen. Dies wird dadurch erreicht, dass eine erste Drehmomentausgleichsvorrichtung direkt an der Kippachse 1 angebracht ist.
Diese erste Drehmomentausgleichsvorrichtung weist die folgenden erfindungswesentlichen Bestandteile auf: eine erste Feder 11, einen ersten Motor 12, eine erste Bremse 13, eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 14, einen ersten Kraftsensor 15 und einen ersten Ortssensor 16. Die weiteren in der Figur dargestellten Bestandteile sind für die Grundlage der Erfindung nicht wesentlich und der Fachmann weiß, wie er diese im Lichte der folgenden Beschreibung zu den erfindungswesentlichen Teilen, deren Zusammenwirken und deren Anordnung zueinander ausgestalten muss.
Der erste Sensor 16 ist auf der Kippachse 1 am rechten Ende angeordnet. Durch ihn werden der Ort und die Winkellage der Kippachse 1 im Raum ermittelt. Der jeweilige momentane Wert wird an einen Computer (nicht gezeigt) übertragen. Für die Übertragung wird regelmäßig ein Datenkabel (nicht gezeigt) verwendet. Es kann jedoch auch eine drahtlose Übertragung dieser Daten zum Rechner erfolgen. Wenn ein Drehmoment auf die Kippachse 1 wirkt und die erste Bremse 13 geöffnet ist, ändert sich die Position der Kippachse 1 im Raum zumindest in ihrer Winkelstellung. Aus der zeitlichen Änderung der Position der Kippachse 1 nach Öffnen der ersten Bremse 13, die anhand der übertragenen Daten des ersten Ortssensors 16 erhalten werden, kann anhand einer für den Fachmann bekannten physikalischen Formel – wenn er die weiteren Parameter des gesamten Systems kennt – auf das angreifende Drehmoment geschlossen werden. Dies erfolgt mittels eines geeigneten Algorithmus auf dem Rechner. Das jeweilige Drehmoment wird durch die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 14 ausgeglichen. Hierzu weist diese die erste Feder 11 auf. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um eine Spiralfeder, die mit ihrem einen Ende an einem ersten Gehäuse 10 und mit ihrem anderen Ende an einer nicht dargestellten ersten Zentralwelle festgelegt ist. Der erste Motor 12 ist über eine geeignete Kraftübertragungsvorrichtung, beispielsweise Zahnritzel, mit der ersten Feder 11 verbunden, so dass deren erstes Gehäuse 10 gegenüber deren erster Zentralwelle rotiert werden kann. Zu den Kraftübertragungsvorrichtungen folgen weiter unten noch nähere Ausführungen.
Die Spannung der ersten Feder 11 und damit die durch sie auf ihre erste Zentralwelle wirkende Kraft wird mittels des ersten Kraftsensors 15 detektiert. Der erste Kraftsensor 15 detektiert hierbei die Winkelstellung der ersten Zentralwelle zu dem ersten Gehäuse 10 der ersten Feder 11 – aus dem Rotationswinkel des vom ersten Motor 12 angetriebenen ersten Gehäuses 10 gegenüber der ersten Zentralwelle ergibt sich die Federkraft der ersten Feder 11. Der Wert der Winkelstellung wird an den Rechner übertragen. Auch hier wird regelmäßig ein Datenkabel (nicht gezeigt) verwendet, es kann jedoch auch eine kabellose Übertragung erfolgen. Wenn die Kenndaten der ersten Feder 11 bekannt sind, kann aufgrund der Winkelposition der ersten Zentralwelle zum ersten Gehäuse 10 der ersten Feder 11 auf die in dieser Position vorhandene Kraft geschlossen werden. Dies geschieht anhand eines geeigneten Algorithmus innerhalb des Rechners; dieser wird durch eine physikalische Formel beschrieben, die dem Fachmann bekannt ist. Alternativ könnte auch der erste Motor 12 die erste Zentralwelle drehen, um das Gegendrehmoment zu ändern; auch dann würde der erste Kraftsensor 15 die Winkelstellung der ersten Zentralwelle zum ersten Gehäuse 10 detektieren – nur würde dann die erste Zentralwelle aktiv durch den ersten Motor 12 rotiert und nicht das erste Gehäuse 10.
Zum Ausgleich des Drehmoments, das auf die Kippachse 1 aufgrund des Operationsmikroskops samt Zubehörteilen und Schwenkachse 2 wirkt, wird mittels des ersten Motors 12 die Federkraft der ersten Feder 11 so eingestellt, dass ein Gegendrehmoment auf die Kippachse 1 wirkt, das in die entgegengesetzte Wirkung wie das Drehmoment angreift und vom Betrag her genauso groß ist. Dies geschieht dadurch, dass an der ersten Zentralwelle der ersten Feder 11 die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung angreift und mittels geeigneter Mittel die Kraft der ersten Feder 11 auf die Kippachse 1 überträgt. Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch ein erstes Antriebszahnrad 17, das auf der ersten Zentralwelle der ersten Feder 11 angeordnet ist und das die Kraft über einen ersten Zahnriemen 18 auf ein erstes Abtriebszahnrad 19, das auf der Kippachse 1 angeordnet ist, auf die Kippachse 1 überträgt. Im Ausführungsbeispiel wird eine Übersetzung von 1:3 verwendet, damit die relativ hohen Drehmomente, die an der Kippachse 1 angreifen, da der Hebelarm aufgrund der Schwenkachse 2 groß ist, durch eine möglichst kleinbauende erste Drehmomentausgleichsvorrichtung kompensiert werden kann. Das gerade genannte Übersetzungsverhältnis ist jedoch keinesfalls zwingend und kann auch jeden anderen Wert annehmen, der eine ausreichend kleine Baugröße der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung ermöglicht. Für den Fachmann sind andere, alternative Kraftübertragungsvorrichtungen bekannt, so dass hier darauf verzichtet wird, diese näher auszuführen.
Um das Operationsmikroskop in einer vom Operateur gewünschten Position festlegen zu können, ist um die erste Zentralwelle der ersten Feder 11 eine erste Bremse 13 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine elektromagnetische Bremse, die dem Fachmann gut bekannt ist und somit nicht weiter beschrieben werden muss. Andere Arten von Bremsen, die dem Fachmann bekannt sind, sind ebenso einsetzbar. Mittels dieser ersten Bremse 13 wird im geschlossenen Zustand die erste Zentralwelle blockiert, so dass über den ersten Zahnriemen 18 der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung 14 die Kippachse 1 blockiert ist. Erst wenn der Operateur das Operationsmikroskop in eine andere Stellung bewegt, muss die erste Bremse 13 geöffnet werden, damit die Bewegung erfolgen kann und gleichzeitig eine Kompensation des veränderten Drehmoments, das an der Kippachse 1 aufgrund der geänderten Position des Systems aus Operationsmikroskop samt Zubehörteilen und Schwenkachse 2 angreift, anhand eines angepassten Gegendrehmoments erfolgen kann.
Die Funktions- und Arbeitsweise bezüglich der Schwenkachse 2 ist prinzipiell gleich, wie oben zur Kippachse 1 ausgeführt. Deshalb wird im Folgenden nur kurz nochmals zusammenfassend erläutert, welche Bestandteile wie zueinander angeordnet sind und welche Funktion sie ausüben. Der einzige prinzipielle Unterschied besteht in der Ausgestaltung der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 24. Bei dieser ist keine Übersetzung im Verhältnis 1:3 gewählt, sondern es liegt ein Verhältnis von 1:1 vor. Dies folgt daraus, dass an der Schwenkachse 2 kleinere Drehmomente aufgrund des Masseschwerpunkts von Operationsmikroskop samt Zubehörteilen angreift, da der Hebelarm hier bedeutend kürzer ist – es ist keine zwischengeschaltete Achse vorhanden, anders als oben bei der Beschreibung zur Kippachse 1 ausgeführt; dort war dies die Schwenkachse 2. Somit reicht das Verhältnis von 1:1 aus, um trotzdem eine kleinbauende zweite Drehmomentausgleichsvorrichtung anbringen zu können.
Die zweite Drehmomentausgleichsvorrichtung umfasst eine zweite Feder 21 in Form einer Spiralfeder, die mit ihrem ersten Ende an einem zweiten Gehäuse 20 und mit ihrem zweiten Ende an einer zweiten Zentralwelle (nicht dargestellt) der zweiten Feder 21 festgelegt ist. Die zweite Zentralwelle weist an ihrem freien Ende ein zweites Antriebszahnrad 27 auf, das über einen zweiten Zahnriemen 28 die Kraft der zweiten Zentralwelle auf ein zweites Abtriebszahnrad 29 auf die Schwenkachse 2 überträgt. Diese beiden Zahnräder 27, 29 samt dem Zahnriemen 28 bilden eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 24. Um die zweite Zentralwelle der zweiten Feder 21 ist eine zweite elektromagnetische Bremse 23 angeordnet, die die zweite Zentralwelle festlegen kann. Zur Kraftaufbringung auf die zweite Feder 21 weist die zweite Drehmomentausgleichsvorrichtung einen zweiten Motor 22 auf, der über ein Ritzel mit dem Gehäuse der zweiten Feder 21 zusammenwirkt.
Außerdem sind ein zweiter Kraftsensor 25 und ein zweiter Ortssensor 26 vorhanden, die dieselben Aufgaben bezüglich der Schwenkachse 2 haben, wie ihre Pendants an der ersten Drehmomentausgleichsvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in verschiedenen Modi betrieben werden. In einem ersten Modus wird bei gelösten Bremsen 13, 23 das Operationsmikroskop in eine andere Stelle verfahren, bis diejenige Position erreicht wird, in der der Operateur arbeiten möchte. In dieser Position werden anhand der Ortssensoren 16, 26 die Positionen der Kippachse 1 und der Schwenkachse 2 bestimmt – wie dies oben schon ausgeführt wurde – und dann mittels Tasten die beiden Motoren 12, 22 durch den Operateur angesteuert werden können, bis das gesamte System ausbalanciert ist. Ist dieser ausbalancierte Zustand erreicht, wird mittels der beiden Bremsen 13 und 23 die Kippachse 1 und die Schwenkachse 2 durch den Operateur blockiert, so dass der Operateur, selbst wenn er an das Operationsmikroskop stößt, die Position des Operationsmikroskops nicht versehentlich verändern kann.
Ein ausbalancierter Zustand an einer Position von der Kippachse 1 und der Schwenkachse 2 kann auch statt Verstellung über Tasten, automatisch erfolgen. In einem zweiten Modus werden automatisch die beiden Bremsen 13, 23 an der aktuellen Position der Kippachse 1 und Schwenkachse 2 für eine vorgegebene kurze Zeit gelöst, so dass die veränderten Drehmomente die Kippachse 1 und die Schwenkachse 2 verdrehen. Aufgrund der zeitlichen Änderungen der Kippachse 1 und der Schwenkachse 2, die durch den jeweiligen ersten Ortssensor 16 bzw. zweiten Ortssensor 26 detektiert werden, können diese Werte durch die oben schon genannten Algorithmen so umgerechnet werden, dass die aufzubringende Änderung der jeweiligen Federhärte der Federn 11, 21 berechnet werden kann und über die beiden Motoren 12, 22 die Einstellung automatisch vorgenommen wird. Sobald dies erfolgt ist, werden die beiden Bremsen 13, 23 wieder aktiviert, so dass die Kippachse 1 und die Schwenkachse 2 in der Position, die der Operateur voreingestellt hat, blockiert sind.
Wenn einmal eine solche ausbalancierte Position vorliegt, können die hierfür relevanten Parameter der beiden Ortssensoren 16, 26 und der beiden Kraftsensoren 15, 25 gespeichert werden und anhand der oben genannten, für die Berechnung der Drehmomente notwendigen Parameter des jeweiligen Systems, in Abhängigkeit der verwendeten Operationsmikroskope samt – jeweils austauschbaren – Zubehörteilen bestimmt werden. Nachdem ein solcher ausbalancierter Zustand einmal erreicht wurde, kann im Folgenden anhand der gewonnenen Daten für jede weitere Position, die der Operateur mit dem Operationsmikroskop anfährt, in einem dritten Modus ein automatischer Drehmomentausgleich während der Nutzung erfolgen. Dies erfolgt dadurch, dass nach Lösen der Bremsen 13, 23 durch den Operateur, das Operationsmikroskop in die neue Position gebracht wird. Dort werden die beiden Bremsen 13, 23 wieder aktiviert, so dass die Kippachse 1 und die Schwenkachse 2 wieder blockiert sind. Aufgrund der Daten aus den beiden Ortssensoren 16, 26 kann die Änderung sowohl des Ortes der Kippachse 1 und der Schwenkachse 2 als auch deren Änderung ihrer Winkelstellung bestimmt werden. Da das System vor Änderung der Position ausbalanciert war, kann jetzt auf Grund der gewonnenen neuen Daten und den bekannten mechanischen Daten eine neue Position und damit ein neues Gegendrehmoment errechnet werden. Das neu errechnete Gegendrehmoment wird nun durch Bedienung der beiden Motoren 12, 22 auf die beiden Federn 11, 21 übertragen, indem deren jeweilige Spannung geändert wird. Das entsprechende Gegendrehmoment wird dann über die beiden Drehmomentübertragungsvorrichtungen 14, 24 auf die Kippachse 1 und die Schwenkachse 2 übertragen.
Nachteilig an dem oben beschriebenen dritten Modus ist es, dass der Operateur bei der Veränderung der Lage eine relativ hohe Kraft aufwenden muss, da er auf dem Verschiebweg von der alten Position in die neue Position keine Unterstützung durch einen Drehmomentausgleich erhält. Vielmehr erfolgt dieser erst zur Ausbalancierung in der vom Operateur vorgegebenen Endposition. Dieses Problem wird dadurch behoben, dass in einem vierten Modus ein automatischer Drehmomentausgleich während der Verschiebung vorgenommen wird. Hierzu wird ständig während der gesamten Bewegung von der Anfangsposition zur Endposition über die beiden Ortssensoren 16, 26 die Änderung des Ortes und der Winkellage der Kippachse 1 und der Schwenkachse 2 detektiert und an den Rechner übermittelt. Dieser bestimmt dann mittels der oben schon genannten Algorithmen ständig, wie das Gegendrehmoment in der jeweiligen Feder 11, 21 mittels der Motoren 12, 22 geändert werden muss, um ein ausbalanciertes System zu haben. Aufgrund der in jeder Zwischenposition vorhandenen Ausbalancierung des gesamten Systems – das Drehmoment ist entgegengesetzt gleich zum aufgebrachten Gegendrehmoment – kann der Operateur die gesamte Bewegung von der Anfangsposition zur Endposition des Operationsmikroskops mit äußerst geringem Kraftaufwand bewerkstelligen. Nachdem die Endposition erreicht ist, werden die beiden Bremsen 13, 23 wieder blockiert, damit der Operateur in dieser Position arbeiten kann und ein versehentliches Berühren des Operationsmikroskops nicht zu einer Veränderung seiner Lage führen kann.
Bezugszeichenliste

1: Kippachse
2: Schwenkachse
3: Anschlussstück
4: Flansch
10: erstes Gehäuse
11: erste Feder
12: erster Motor
13: erste Bremse
14: erste Drehmomentübertragungsvorrichtung
15: erster Kraftsensor
16: erster Ortssensor
17: erstes Antriebszahnrad
18: erster Zahnriemen
19: erstes Abtriebszahnrad
20: zweites Gehäuse
21: zweite Feder
22: zweiter Motor
23: zweite Bremse
24: zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung
25: zweiter Kraftsensor
26: zweiter Ortssensor
27: zweites Antriebszahnrad
28: zweiter Zahnriemen
29: zweites Abtriebszahnrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 9182759 A [0002]
JP 8266555 A [0003]
JP 6269463 A [0003]
EP 0656194 A1 [0003]
DE 4231516 A1 [0004, 0005]
EP 1312850 A2 [0004, 0006]
JP 2009201995 A [0004, 0007]

Claims

Verstellbares Stativ für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für ein Operationsmikroskop, mit einer Kippachse (1) und mit einer Schwenkachse (2) für das optische Beobachtungsgerät und mit einem Flansch (4) zur Verbindung mit dem optischen Beobachtungsgerät oder einem weiteren Glied des verstellbaren Stativs, wobei an mindestens einer der beiden Achsen (1, 2) eine erste Drehmomentausgleichsvorrichtung angeordnet ist, die eine erste Bremse (13) zur Festlegung der Achse (1, 2) aufweist, und die eine erste Feder (11) aufweist, welche mit einem ersten Motor (12) zur Verstellung der Federspannung der ersten Feder (11) verbunden ist und der erste Motor (12) mit einer ersten Motorsteuerung verbunden ist, und die eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung (14) aufweist, die zwischen der ersten Feder (11) und der Achse (1, 2) ausgebildet ist, und die einen ersten Ortssensor (16) zur Bestimmung der Lage der Achse (1, 2) aufweist, und die einen ersten Kraftsensor (15) zur Bestimmung der Federspannung der ersten Feder (11) aufweist, wobei der Ortssensor (16) und der Kraftsensor (15) mit einer Steuereinheit verbunden sind.
Stativ nach Patentanspruch 1, wobei zusätzlich zur ersten Drehmomentausgleichsvorrichtung an der anderen Achse (1, 2) eine zweite Drehmomentausgleichsvorrichtung angeordnet ist, die eine zweite Bremse (23) zur Festlegung der Achse (1, 2) aufweist, und die eine zweite Feder (21) aufweist, welche mit einem zweiten Motor (22) zur Verstellung der Federspannung der zweiten Feder (21) verbunden ist und der zweite Motor (22) mit einer zweiten Motorsteuerung verbunden ist, und die eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung (24) aufweist, die zwischen der zweiten Feder (21) und der Achse (1, 2) ausgebildet ist, und die einen zweiten Ortssensor (26) zur Bestimmung der Lage der Achse (1, 2) aufweist, und die einen zweiten Kraftsensor (25) zur Bestimmung der Federspannung der zweiten Feder (21) aufweist.
Stativ nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die Kippachse (1) im Wesentlichen senkrecht auf die Schwenkachse (2) steht.
Stativ nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung und/oder die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung ein Übersetzungsverhältnis aufweist, das von 1:1 abweicht, insbesondere zwischen 1:1,5 und 1:4 liegt, bevorzugt 1:3 beträgt.
Stativ nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die erste Bremse (13) mit einer ersten Bremsensteuerung verbunden ist und/oder die zweite Bremse (23) mit einer zweiten Bremsensteuerung verbunden ist.
Stativ nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die erste Motorsteuerung und/oder die zweite Motorsteuerung und/oder die erste Bremsensteuerung und/oder die zweite Bremsensteuerung als Software auf einem Rechner enthalten ist.
Stativ nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die Achse der ersten Bremse (13) und die Achse der ersten Feder (11) zusammenfallen und/oder die Achse der zweiten Bremse (23) und die Achse der zweiten Feder (21) zusammenfallen.
Stativ nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die erste Bremse (13) und/oder die zweite Bremse (23) eine elektromagnetische Bremse ist.
Stativ nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei an seinem Flansch (4) ein Operationsmikroskop oder ein weiteres Glied des Stativs angebracht ist.
Stativ nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei es Bestandteil eines Decken-, Wand- oder Bodenstativs ist.