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Die Erfindung betrifft ein Mikroskop, das einen in eine x- und eine y-Richtung bewegbaren Objekttisch und einen Objektivrevolver umfasst. Ferner hat das Mikroskop eine erste Antriebseinheit, mit deren Hilfe der Objekttisch in die x-Richtung bewegbar ist, sowie eine zweite Antriebseinheit, mit deren Hilfe der Objekttisch in die y-Richtung bewegbar ist. Ferner ist eine dritte Antriebseinheit vorgesehen, mit deren Hilfe der Objektivrevolver drehbar ist.
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Bei bekannten Mikroskopen erfolgt die Kraft- und Momentenübertragung von den Antriebseinheiten auf die jeweils zu verstellenden Elemente, also beispielsweise den Objekttisch oder den Objektivrevolver, über eine formschlüssige Verbindung. Hierzu sind insbesondere Zahnräder, Zahnstangen, Spindeln oder Zahnriemen vorgesehen, über die die Antriebseinheit mit dem zu bewegenden Element verbunden ist.
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Nachteilig an solchen formschlüssigen Kraftübertragungen ist zum einen, dass diese für einen ruhigen Lauf eine sehr hohe Präzision brauchen. Hierfür sind sehr kleine Toleranzen bei der Fertigung und der Montage notwendig, die die Herstellung der Mikroskope sehr teuer machen.
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Darüber hinaus weisen Mikroskope mit einer formschlüssigen Kraftübertragung beim Wechseln der Bewegungsrichtung jeweils ein Hystereseverhalten auf, was das präzise Wiederanfahren von gewünschten Positionen erschwert.
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Darüber hinaus sind die formschlüssigen Antriebe relativ laut und weisen eine geringe Laufruhe auf. Auch müssen solche formschlüssige Antriebe regelmäßig geschmiert werden, wodurch ein wiederholter Wartungsaufwand entsteht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Mikroskop anzugeben, dass kostengünstig hergestellt werden kann und einen ruhigen geräuscharmen Lauf bei zugleich präziser Positionierung der beweglichen Elemente liefert.
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Diese Aufgabe wird mit einem Mikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß weist das Mikroskop eine erste Antriebseinheit auf, mit deren Hilfe der Objekttisch in die x-Richtung bewegbar ist. Zwischen der ersten Antriebseinheit und dem Objekttisch ist eine Reibverbindung zum Übertragen eines Drehmomentes und/oder einer Kraft ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann das Mikroskop eine zweite Antriebseinheit umfassen, mit deren Hilfe der Objekttisch in die y-Richtung bewegbar ist. Die Verbindung zwischen dieser zweiten Antriebseinheit und dem Objekttisch ist ebenfalls als Reibverbindung zum Übertragen eines Drehmomentes und/oder einer Kraft ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine dritte Antriebseinheit vorgesehen sein, mit deren Hilfe der Objektivrevolver drehbar ist. Auch die Verbindung zwischen der dritten Antriebseinheit und dem Objektivrevolver ist als eine Reibverbindung zum Übertragen eines Drehmomentes und/oder einer Kraft von der dritten Antriebseinheit auf den Objektivrevolver ausgebildet.
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Unter einer Reibverbindung wird insbesondere verstanden, dass die Übertragung des Drehmoments und/oder einer Kraft ausschließlich reibschlüssig erfolgt, d.h., dass die Drehmoment- und/oder Kraftübertragung ausschließlich über die zwischen der jeweiligen Antriebseinheit und dem Objekttisch bzw. Objektivrevolver herrschende Reibung erfolgt. Reibschlüssige Verbindungen werden häufig auch als kraftschlüssige Verbindungen bezeichnet.
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Insbesondere wird unter einer Reibverbindung verstanden, dass die Drehmoment- bzw. Kraftübertragung ausschließlich reibschlüssig erfolgt und kein Formschluss zwischen der Antriebseinheit und dem jeweils bewegten Element besteht. Insbesondere ist die Verbindung zwischen der jeweiligen Antriebseinheit und dem Objekttisch bzw. Objektivrevolver zahnungsfrei ausgebildet.
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Solche reibschlüssigen Verbindungen bieten gegenüber den in Mikroskopen üblicherweise verwendeten formschlüssigen Verbindungen eine Reihe von Vorteilen.
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Zum einen bieten reibschlüssige Verbindungen einen wesentlich ruhigeren Lauf als formschlüssige Verbindungen, indem Vibrationen des Systems vermieden werden, wodurch der Bedienkomfort für das Mikroskop erhöht wird. Zum anderen sind reibschlüssige Verbindungen verglichen mit formschlüssigen Verbindungen deutlich geräuscharmer, was den Bedienkomfort des Mikroskops weiter erhöht.
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Ferner besteht bei formschlüssigen Verbindungen, insbesondere bei Zahnrädern oder Zahnstangen das Problem, dass bei einer Umdrehung der Bewegungsrichtung die Zähne des angetriebenen Kopplungselementes zunächst von der einen Seite desjenigen Bereiches der Zahnung in die sie eingreifen zur anderen Seite der Zahnung bewegt werden müssen, bevor sie dann das Element, in das sie eingreifen tatsächlich bewegen können. Hierdurch entsteht ein Hystereseverhalten, was bei der Bedienung nachteilig ist. Um dies zu vermeiden, sind sehr hohe Anforderungen an die Toleranz zu stellen, wodurch eine sehr präzise und hierdurch teure Fertigung notwendig wird. Bei reibschlüssigen Verbindungen dagegen besteht ein solches Hystereseverhalten nicht, so dass eine einfache und schnelle Fertigung und Montage gegeben ist.
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Somit wird durch Verwendung von reibschlüssigen Verbindungen innerhalb des Mikroskops eine einfache und kostengünstige Fertigung und Montage und dennoch ein ruhiger, geräuscharmer und präziser Lauf ermöglicht.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der ersten Antriebseinheit und dem Objekttisch, zwischen der zweiten Antriebseinheit und dem Objekttisch und/oder zwischen der dritten Antriebseinheit und dem Objektivrevolver jeweils ein flexibler Reibantrieb ausgebildet. Unter einem flexiblen Reibeantrieb wird verstanden, dass die Verbindung zwischen der Antriebseinheit und dem Objekttisch bzw. Objektivrevolver elastisch ausgebildet ist, so dass Toleranzen automatisch ausgeglichen werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste, die zweite und/oder die dritte Antriebseinheit jeweils ein erstes Kopplungselement und der Objekttisch und/oder der Objektivrevolver jeweils ein zweites Kopplungselement, wobei jeweils das erste mit dem jeweiligen zweiten Kopplungselement reibschlüssig gekoppelt ist. Auf diese Weise wird auf einfache Art die zuvor beschriebene reibschlüssige Kraft- und Momentenübertragung erreicht.
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Zwischen den beiden Kopplungselementen ist insbesondere jeweils mindestens ein elastisches Element angeordnet, wobei dieses elastische Element zwischen den beiden jeweiligen Kopplungselementen vorgespannt ist. Hierdurch wird zum einen die herrschende Reibkraft erhöht und zum anderen werden Toleranzen ausgeglichen. Darüber hinaus wird eine besonders einfache Fertigung erreicht. Das Vorspannen wird insbesondere dadurch erzielt, dass der Abstand zwischen den beiden Kopplungselementen geringer ist als die Dicke des elastischen Elementes.
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Das elastische Element ist insbesondere aus Gummi ausgebildet.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das elastische Element aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ausgebildet. EPDM hat den Vorteil, dass es zum einen einen hohen Reibkoeffizient besitzt, so dass eine hohe Reibkraft erzeugt wird, und zum anderen keine so starke Alterung wie bei „normalem“ Gummi auftritt, so dass das elastische Element nicht regelmäßig ausgetauscht werden muss.
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Das elastische Element ist insbesondere an dem jeweiligen zweiten Kopplungselement dreh- und ortsfest befestigt, d. h., dass sich seine Position relativ zu dem Kopplungselement, an dem es befestigt ist, im Betrieb nicht verändert.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn dasjenige Kopplungselement, an dem das jeweilige elastische Element befestigt ist, jeweils eine Nut aufweist, in der das elastische Element zumindest teilweise angeordnet ist. Durch diese Nut wird insbesondere ein Verrutschen des elastischen Elementes vermieden. Ferner ist das elastische Element insbesondere selbst vorgespannt innerhalb dieser Nut angeordnet, so dass auch ein Drehen des elastischen Elementes innerhalb der Nut vermieden wird.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind zwischen den jeweils miteinander gekoppelten beiden Kopplungselementen mindestens zwei elastische Elemente angeordnet, wobei die elastischen Elemente zwischen diesen beiden Kopplungselementen vorgespannt sind und eines der beiden elastischen Elemente an dem ersten Kopplungselement und das andere elastische Element an dem dazugehörigen zweiten Kopplungselement dreh- und ortsfest befestigt ist.
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Durch die Verwendung von zwei elastischen Elementen zwischen den jeweiligen beiden Kopplungselementen wird eine höhere Reibkraft und somit eine noch sichere Kraft- bzw. Drehmomentenübertragung erreicht.
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Die beiden elastischen Elemente sind insbesondere derart versetzt zueinander angeordnet, dass sie sich nicht kontaktieren. Hierdurch wird vermieden, dass die Kraft- bzw. Drehmomentenübertragung zwischen den beiden elastischen Elementen selbst erfolgt, was zu einer instabilen Übertragung führen könnte.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Kopplungselement als Rad oder Welle ausgebildet. In diesem Fall erstreckt sich das elastische Element insbesondere um den gesamten Umfang des Rades bzw. der Welle.
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Das zweite Kopplungselement, das an dem bewegten Teil, also dem Objekttisch bzw. Objektivrevolver angeordnet ist, ist insbesondere als Rad oder Stange ausgebildet.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn die erste, die zweite und/oder die dritte Antriebseinheit jeweils einen Elektromotor umfassen, auf dessen jeweilige Antriebswelle das erste Kopplungselement gelagert ist. Auf diese Weise wird eine präzise Steuerung der Bewegung des Objekttischse und des Objektivrevolvers erreicht.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Mikroskop eine Drehscheibe, in der mindestens ein Fluoreszenz-Würfel und/oder mindestens ein anderes optisches Element angeordnet sind. Das Mikroskop weist eine vierte Antriebseinheit auf, über die die Drehscheibe drehbar ist. Zwischen der vierten Antriebseinheit und der Drehscheibe ist eine Reibverbindung zum Übertragen eines Drehmoments und/oder einer Kraft zum Drehen der Drehscheibe von der vierten Antriebseinheit auf die Drehscheibe ausgebildet.
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Diese Reibverbindung kann insbesondere mit den gleichen Merkmalen, wie diese zuvor für die Reibverbindung zwischen der ersten Antriebseinheit und dem Objekttisch, der zweiten Antriebseinheit und dem Objekttisch und/oder der dritten Antriebseinheit und dem Objektivrevolver angegeben sind, weitergebildet werden.
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Auf diese Weise lässt sich auch ein Verstellen der Drehscheibe über eine einfach ausgebildete, ruhig laufende und geräuscharme Kopplung erzielen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung eines aufrechten Mikroskops;
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2 eine schematische, perspektivische Darstellung des Mikroskops nach 1;
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3 eine schematische, teilgeschnittene Darstellung der Verbindung zwischen dem Objekttisch und einer Antriebseinheit des Mikroskops nach den 1 und 2;
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4a eine schematische Schnittdarstellung der Verbindung zwischen der Drehscheibe und einer Antriebseinheit zum Drehen der Drehscheibe des Mikroskops nach den 1 und 2 gemäß einer ersten Ausführungsform;
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4b eine schematische Schnittdarstellung der Verbindung zwischen der Drehscheibe und einer Antriebseinheit zum Drehen der Drehscheibe des Mikroskops nach den 1 und 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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5 eine schematische, perspektivische, stark vereinfachte Darstellung eines Inversmikroskops.
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In 1 ist eine schematische, stark vereinfachte Darstellung eines aufrechten Mikroskops 10 gezeigt. 2 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung des Mikroskops 10 nach 1. Hierbei sind jeweils nur die relevanten Funktionsteile des Mikroskops 10 dargestellt.
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Das Mikroskop 10 weist einen Objekttisch 12 auf, auf dem die zu mikroskopierenden Objekte gelagert werden. Der Objekttisch 12 ist mit Hilfe einer Antriebseinheit 14 in eine x-Richtung bewegbar, welche durch den Doppelpfeil P1 angedeutet ist. Hierzu ist zwischen der Antriebseinheit 14 und dem Objekttisch 12 eine reibschlüssige Verbindung ausgebildet, wie dies später noch genauer im Zusammenhang mit 3 beschrieben wird.
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Ferner umfasst das Mikroskop 10 einen Objektrevolver 16, der eine Vielzahl von Objektiven aufweist, von denen eines beispielhaft mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet ist. Je nach Drehstellung des Objektivrevolvers 16 ist ein anders Objektiv 18 in den Strahlengang 20 des Mikroskops 10 eingeschwenkt.
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Darüber hinaus hat das Mikroskop 10 eine Drehscheibe 22, an der Fluoreszenz-Würfel und/oder andere optische Objekte befestigt sein können. Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel ist in der Drehscheibe 22 lediglich ein Fluoreszenz-Würfel 24 aufgenommen.
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Die Drehscheibe 22 ist über eine Antriebseinheit 26 drehbar, wobei auch hierbei die Kopplung zwischen der Drehscheibe 22 und der Antriebseinheit 26 reibschlüssig erfolgt, wie dies im Zusammenhang mit der 4 noch näher beschrieben wird.
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Darüber hinaus hat das Mikroskop 10 eine Beleuchtungseinheit 28 zum Beleuchten des zu mikroskopierenden Objektes.
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In 3 ist eine teilgeschnittene Darstellung des Objekttisches 12 und der Antriebseinheit 14 gezeigt. Die Antriebseinheit 14 weist ein erstes Kopplungselement 30 auf, welches mit einem zweiten Kopplungselement 34 des Objekttisches 12 gekoppelt ist. Das erste Kopplungselement 30 ist insbesondere in Form einer über die Antriebseinheit 14 drehbaren Welle und das zweite Kopplungselement 24 ist insbesondere als eine Stange ausgebildet.
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Das erste Kopplungselement 30 weist eine umlaufende Nut 32 auf, in der ein elastisches Element 36 in Form eines elastischen Ringes aufgenommen ist. Der Abstand zwischen dem ersten Kopplungselement 30 und dem zweiten Kopplungselement 34 ist derart gewählt, dass das elastische Element 36 elastisch verformt wird und somit zwischen den beiden Kopplungselementen 30 und 34 vorgespannt ist. Beim Drehen des ersten Kopplungselementes 30 wird über die zwischen dem elastischen Element 36 und dem zweiten Kopplungselement 34 herrschende Reibung eine entsprechende Kraft auf das zweite Kopplungselement 34 übertragen, so dass dieses in die gewünschte Richtung bewegt wird.
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Somit wird auf einfache Weise eine reibschlüssige Kraftübertragung zwischen der Antriebseinheit 14 und dem Objekttisch 12 erreicht.
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In 4a ist eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts der Drehscheibe 22 und der Antriebseinheit 26 gezeigt. Die Drehscheibe 22 weist eine umlaufende Nut 38 auf, in der ebenfalls ein als Ring ausgebildetes elastisches Element 40 angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Drehscheibe 22 und der Antriebseinheit 26 ist hierbei wiederum derart gewählt, dass das elastische Element 40 elastisch verformt wird und somit vorgespannt ist. Auf diese Weise wird auf eine besonders einfache Art ebenfalls eine reibschlüssige Kraftübertragung zwischen der Antriebseinheit 26 und der Drehscheibe 22 erreicht. Beim Drehen des Rades 42 der Antriebseinheit 26 wird über die zwischen dem Rad 42 und dem elastischen Element 40 herrschende Reibkraft eine Kraft von der Antriebseinheit 26 auf die Drehscheibe 22 übertragen, so dass die Drehscheibe 22 in die gewünschte Richtung gedreht wird.
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Sowohl das elastische Element 36 als auch das elastische Element 40 sind insbesondere aus EPDM gefertigt, was zum einen den Vorteil hat, dass ein großer Reibkoeffizient besteht und somit eine große Reibkraft übertragen wird, und zum anderen, dass das elastische Element keinem bzw. nur einem sehr geringen Alterungsprozess unterliegt.
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In 4b ist eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts der Drehscheibe 22 und der Antriebseinheit 26 gemäß einer alternativen Ausführungsform gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen der Drehscheine 22 und Antriebseinheit 26 zwei elastische Elemente 40 angeordnet.
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In 5 ist eine schematische, ebenfalls stark vereinfachte Darstellung eines Inversmikroskops 50 gezeigt. Elemente mit gleichem Aufbau oder gleicher Funktion haben dieselben Bezugszeichen.
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Bei diesem Inversmikroskop ist der Objektivrevolver 16 unterhalb des Objekttisches 12 angeordnet, so dass das auf dem Objekttisch 12 angeordnete zu mikroskopierende Objekt von unten betrachtet werden kann.
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Auch bei diesem Inversmikroskop 50 ist die Kopplung zwischen der Antriebseinheit 14 und dem Objekttisch 12 sowie die Kopplung zwischen der Drehscheibe 22 und der Antriebseinheit 26 als reibschlüssige Verbindung ausgebildet und insbesondere analog zu dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ausgebildet.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auch eine weitere Antriebseinheit vorgesehen sein, über die der Objekttisch 12 in ein orthogonal zur x-Richtung angeordnete y-Richtung bewegt werden kann. Insbesondere ist auch die Verbindung zwischen dieser weiteren Antriebseinheit und dem Objekttisch 12 reibschlüssig ausgebildet.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ auch eine weitere Antriebseinheit vorgesehen sein, über die der Objektivrevolver gedreht werden kann. Insbesondere ist auch die Verbindung zwischen Objektivrevolver und dieser weiteren Antriebseinheit als reibschlüssige Verbindung ausgebildet.
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Darüber hinaus können auch weitere Antriebseinheiten zum Bewegen weiterer beweglicher Elemente innerhalb des Mikroskops vorgesehen sein, welche insbesondere ebenfalls über eine reibschlüssige Verbindung mit dem jeweiligen Element gekoppelt sind.
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Die Verwendung von reibschlüssigen Verbindungen hat verglichen mit formschlüssigen Verbindungen, wie etwa Zahnrädern, Zahnstangen, Spindeln oder Zahnriemen, den Vorteil, dass die Herstellungskosten wesentlich geringer sind, da solche formschlüssigen Verbindungen für einen ruhigen Lauf der entsprechenden beweglichen Elemente mit hoher Präzision gefertigt und montiert werden müssen. Bei den reibschlüssigen Verbindungen werden Toleranzen durch die Elastizität der elastischen Elemente 36, 40 automatisch ausgeglichen, so dass auch bei größeren Toleranzen ein sehr ruhiger und präziser Lauf erreicht wird.
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Darüber hinaus ist bei herkömmlichen formschlüssigen Antrieben ein Umkehrspiel vorhanden, so dass eine Hysterese bei der Umkehrung der Dreh- bzw. Bewegungsrichtung erfolgt. Die Übertragung über eine reibschlüssige Verbindung hat den Vorteil, dass diese hysteresefrei ist, so dass der Bedienkomfort deutlich erhöht wird.
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Darüber hinaus sind die reibschlüssigen Verbindungen verglichen mit den formschlüssigen Verbindungen wesentlich geräuschärmer. Ferner bedürfen die formschlüssigen Verbindungen einer regelmäßigen Wartung, insbesondere da die dort verwendeten Bauteile regelmäßig geschmiert werden müssen. Dies ist bei den reibschlüssigen Verbindungen über die elastischen Elemente 36, 40 nicht der Fall, so dass der Wartungsaufwand reduziert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 50
- Mikroskop
- 12
- Objekttisch
- 14a, b, c
- Antriebseinheiten
- 16
- Objektivrevolver
- 18
- Objektiv
- 20
- Strahlengang
- 22
- Drehscheibe
- 24
- Fluoreszenz-Würfel
- 26
- Antriebseinheit
- 28
- Beleuchtungseinheit
- 30
- Kopplungselement
- 32
- Nut
- 34
- Kopplungselement
- 36
- elastisches Element
- 38
- Nut
- 40
- elastisches Element
- 42
- Rad
- P1, P2
- Richtung
