DE1932762C3 - Mikrotom - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Mikrotom mit einem Haller für eine zu schneidende Probe, einem Messer zum Schneiden der Probe und einer den Halter und das Messer relativ zueinander bewegenden Vorschubeinrichtung, die einen mit einer Heizeinrichtung versehenen Ausdehnungskörper aufweist.

Ein derartiges Mikrotom eignet sich als sogenanntes Ultramikrotom zur Herstellung außerordentlich dünner Schnitte, z. B. bis zu einer Dicke von etwa IO-⁵ mm herunter.

Es ist bekannt, den Ausdehnungskörper aus Vollmaterial mit einer in ihn eingelassenen elektrischen Widerstandsheizung und einer eingebauten Kühlvorrichtung auszubilden und zur Verhinderung von Temperatureinflüssen aus der Umgebung nach außen hin sowie auch zu den übrigen Geräteteilen hin zu isolieren (DT-AS 10 32 572). Es ist auch bekannt, den Ausdehnungskörper als Hohlkörper auszubilden, in welchem eine ultrarote Strahlung aussendende Heizeinrichtung geringer Wärmekapazität, z. B. eine Glühlampe, angeordnet ist. Es soll durch diese Maßnahmen und eine entsprechend gute Isolierung des Ausdehnungskörpers gegenüber den anderen Geräteteilen eine möglichst geringe Ansprechverzögerung bis zur Erzielung eines thermischen Gleichgewichtes erreicht werden, wenn die Temperatur über einen Regelwiderstand zur Vergrößerung der Vorschubgeschwindigkeit hochgeregelt wirdiOE-PS2 24)

Bei diesen bekannten Mikrotomen findet der Vorschub kontinuierlich statt, da der Ausdehnungskörper kontinuierlich beheizt wird und sich deshalb kontinuierlich ausdehnt. Wenn zwischen zwei Schneidvorgä.ngen immer die gleiche Zeitdauer liegt, werden Schnitte mii derselben Dicke erhalten. Wem jedoch der Schneidevorgang unterbrochen wird, um z. B. die erhaltenen Schnitte zu studieren, kann sich der Ausdehnungskörper selbst bei Unterbrechung der Wärmezufuhr weiter ausdehnen, da die Heizeinrichtung nicht sofort aufhört. Wärme abzugeben. Dies führt zu einer Veränderung der für den nächsten Schnitt geforderten Schnittdicke. Deshalb kann ein wichtiger Teil der zu schneidenden Probe zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mi krotom der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches sich für einen diskontinuierlichen Vorschub eignet, welcher mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit eingestellt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß mit einem Mikrotom der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß auf dem Ausdehnungskörper ein thermischer Widerstand angeordnet ist, der einen Zweig einer Widerstandsbrücke bildet die einen regelbaren Widerstand enthalt, und daß die Heizeinrichtung mit der Widerstandsbrücke elektrisch verbunden und durch die Ausgangsspannung der Brücke regelbar ist und daß die Heizeinrichtung in Abhängigkeit vom Wert sowohl des regelbaren als auch des thermischen Widerstandes dem Ausdehnungskörper eine konstante Temperatur erteilt.

Durch die Erfindung ist die Möglichkeit geschaffen. die Vorschubbewegung vollständig unter Kontrolle zu halten, so daß bei einer zeitweiligen Unterbrechung des Schneidens der Ausdehnungskörper seine Stellung beibehält und sich weder ausdehnt noch zusammenzieht. Nach der Unterbrechung kann dann das Schneiden mit gleicher Schnittdicke fortgesetzt werden, ohne daß irgendein Teil der Probe zerstört wird.

Es ist zwar bei dem obenerwähnten bekannten Mikrotom bekannt (DT-AS 10 32 572), am Ausdehnungskörper zum automatischen Abstellen der Heizeinrichtung einen Bimctallkontakt vorzusehen. Dieser kann jedoch nur bei derjenigen bestimmten Temperatur ansprechen, auf welche er ausgelegt ist, beispielsweise um die Heizeinrichtung abzuschalten, wenn die zulässige Höchsttemperatur für den Ausdehnungskörper erreicht ist. Zu einer Temperaturregelung in der erforderlichen Genauigkeit, etwa zum Konstanthalten der Temperatur, ist ein solcher Bimetallkontakt nicht geeignet, da durch das hierbei erfolgende abwechselnde Ein- und Ausschalten notwendig Temperaturschwankungen entstehen und außerdem die Genauigkeit durch die verhältnismäßig große Hysterese eines Bimetallkontaktes beeinträchtigt ist.

Wenn der erfindungsgemäß vorgesehene thermische Widerstand auf dem Ausdehnungskörper ausreichenc empfindlich ist, kann die zugeführte Energie und dami¹ die Gleichgewichtstemperatur des Ausdehnungskör pers genau geregelt werden, so daß der Ausdehnungs körper sich weder ausdehnt, noch zusammenzieht. Dei thermische Widerstand ist vorzugsweise ein Wider Standsdraht, der im wesentlichen gleichförmig auf dei Oberfläche des Ausdehnungskörpers angeordnet ist, se daß der sich einstellende Gesamtwiderstand de: Widerstandsdrahtes der Durchschnittstemperatur de; Ausdehnungskörpers entspricht. Die Heizeinrichtuni ist vorzugsweise eine elektrische Widerstandsheizung z. B. in an sich bekannter Weise eine Glühlampe.

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Der Ausdehnungskörper hat mit Vorteil die Form «ines Rohres, um welches der Widerstandsdraht hergmgewickelt ist und in welchem die Heizeinrichtung intergebracht ist.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichjung erläutert. In der Zeichnung zeigt ρ j g. 1 eine Ausführungsform eines Mikrotom j, pig.2 die elektrische Schaltung für den thermischen Widerstand und die Heizeinrichtung in dem Mikrotom «maß F i g. 1 und

* pig.3 die Einrichtung zum automatischen und stufenweisen Vorschieben des Probenarms in dem Mikrotom gemäß F i g. 1.

Das Mikrotom gemäß F 1 g. 1 weist ein an sich bekanntes und an einem Grundaufbau I angebrachtes Messer 2 auf. Der Grundaufbau trägt auch einen senkrecht stehenden ringförmigen Halter 3. Der Halter 3 ist giit einer Ausnehmung 4 versehen, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Mittelöffnung in dem ringförmigen Halter ist. Auf diese Weise wird eine tenkrechte Ringfläche 3a gebildet, welche in der senkfechten Mittelebene des ringförmigen Halters lieg;. An fieser Ringfläche 3a ist eine Platte 5 angebracht, an welcher ein Ausdehnungskörper in der Form eines verlältnismäßig dünnwandigen Metallzylinders 6 befestigt jst, welcher sich waagerecht durch die Öffnung in dem ringförmigen Haller 3 erstreckt. Am anderen Ende des Zylinders 6 befindet sich eine Platte 7, welche an der Stirnfläche eines zweiten ringförmigen Halters 8 angebracht ist. Der Zylinder 6 erstreckt sich durch die Offrung dieses zweiten Halters. Der ringförmige Halter 8 ist mit zwei diametral gcgenübergelegenen Nasen 9 versehen. An jeder Nase 9 ist ein Ende einer Blaufeder 10, welche zweifach rechtwinklig abgebogen ist, befestigt. Das andere Ende der Blattfeder 10 ist an einem von dem Grundaufbau 1 abragenden Teil 11 befestigt. Im Inneren des hohlen Alisdehnungskörpers 6 befindet sich eine Heizeinrichtung in Form einer Glühlampe 15. Auf die Oberfläche des Ausdehnungskörper 6 ist ein Widerstandsdraht 16 aufgewickelt, dessen Windungen gleichmäßig über die Oberfläche verteilt sind. Die elektrische Verbindung zwischen der Glühlampe 15 und dem Widerständsdraht 16 wird unter Bezug auf 1 1 g. 2 erläutert.

An jeder Nase 9 ist ein Ende einer Blattfeder 12 befestigt, deren anderes Ende an einem Ende eines Pro benarms 13 befestigt ist. Das andere Ende des Probenarms trägt die mit Hilfe des Messers 2 zu schneidende Probe 14. Um die Ausdehnung des Proccnarms 13 infolge der Wärme der Glühlampe 15 zu vermindern, sind der Probenarm 13 und die Blattfedern 10 und 12 zweckmäßig aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie etwa die als Invar bekannte Eiscn-Nickel-Legierung, hergestellt. Falls gewünscht, kann um den Ausdehnungskörper ein Isoliermaterial vorgesehen werden.

Die Schneidbewegung des ProLienarms 13 erfolgt mit Hilfe eines Elektromotors 17, welcher sich abwechselnd in einer Richtung und dann in der umgekehrten Rieh- fio tung dreht. Der Motor treibt eine waagerecht liegende Welle 18 mit geringer Geschwindigkeit an. An der Welle 18 ist ein Faden 19 befestigt, dessen anderes Ende an dem Probenarm 13 befestigt ist. Wenn die Welle gedreht wird, wird der Probenarm 13 abwechselnd <·.' durch den Faden 19 angehoben und durch sein eigenes Gewicht wieder abgesenkt, so daß die Probe an der Schneidkante des Messer 2 vorbeibewegt wird und der Schneidvorgang stattfindet. Der Faden 19 verläuft immer senkrecht, da er nur um einen Bruchteil einer ganzen Umdrehung um die Welle 18 aufgewickelt wird. Falls der Faden weiter aufgewickelt würde, würde der Probenarm seitlich verlagert werden, was nicht erwünscht ist. Während der Aufwärtsbewegung des Probenarms 13 wird das Messer 2 durch einen Anziehmagnet 20, welcher auf den Grundaufbau 1 einwirkt, abgehalten. Diese Anziehbewegung wird in Übereinstimmung mit der Bewegung des Probenarms ausgeführt.

Aus F i g. 2 ist die elektrische Schaltung der Glühlampe 15 mit dem Widerstandsdraht 16 ersichtlich. Die Schaltung weist eine Brücke 21 auf, welche durch eine Wechselstromquelle 22 gespeist wird. Die Brücke 2i weist zwei Festwiderstände 23 und 24 und einen veränderbaren Widerstand 25 auf. Der Widerslandsdraht 16 liegt im vierten Zweig der Brücke. Die Glühlampe 15 ist über einen Verstärker 26 an die Brücke angeschlossen.

Aus Fig. 3 ist ein Beispiel für eine Einrichtung ersichtlich, mit welcher eine stufenweise und automatische Vorschubbewegung des Prcbenarms 13 durch Verstelung des veränderlichen Widerstands 25 ausgeführt werden kann. Als veränderlicher Widerstand 25 kann ein Drehpotentiometer mit zehn Einstellumdrehungcn verwendet werden, welches durch einen Motor 29 mit einem Getriebe gedreht wird. Der Motor 29 wird durch einen monostabilen Multivibrator 28 mn einstellbarer Impulslänge gespeist. Die Impulslänge kann durch einen Widerstand R {R ist demzufolge die Vorschubeinstelleinrichtung) reguliert werden. Der Multivibrator wird durch einen Kondensator 27 beeinflußt.

Seme Funktion ist wie folgt: Wenn der Probenarm 13 seine unterste Lage (Umkehrpunkt) erreicht hat. wird der Anzichmagnet 20 mit einem .Stromimpuls gespeist, welcher für die Anziehwirkung ausreicht. Wenn dieser Anziehimpuls abgeklungen ist und das Magnetfeld verschwindet, wird in der Spule des Magneten 20 ein sogenannter Nadclimpuls induziert. Dieser Nadelimpuls trigger! den Multivibrator 28 über tinen Kondensator 27, so daß der Multivibrator in seinen unstabilen Zustand kippt und diesen so lange beibehalt, wie dies die Zeitkonstanic des Kondensators 27 erlaubt. Danach kehrt der monostabile Multivibrator 28 wieder in seinen stabilen Zustand zurück. Der Motor 29 wird nur mit Antriebsstrom gespeist, wenn sich der Multivibrator 28 in einem unstabilen Zusfind befindet, und das Potentiometer 25 wird in Abhängigkeit von der Impulslänge von dem Multivibrator 28 um einen bestimmten Betrag gedreht.

Das in den Zeichnungen gezeigte Mikrotom arbeitet auf folgende Weise: Wenn sich der Ausdehnungskörper 6 in einem Gleichgewichtszustand befindet, d. h.. sich weder ausdehnt noch zusammenzieht, empfängt er \on der Glühlampe 15 dieselbe Wärmemenge, welche er auch an die Umgebung abgibt. Das Ausgangssignal von der Brücke 21 zum Verstärker 26 besitzt demzulolge genau jene Größe, welche zur Speisung der Glühlampe 15 mit einer Energie erforderlich ist, welche diesem Gleichgewichtszustand entspricht. Wenn ein Schneidvorgang ausgeführt wird und der Probenarm 13 seinen unteren Umkehrpunkt erreicht, wird der veränderliche Widerstand 25 in seinem Wert verändert, wie dies /.. B. weiter oben in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben wurde Infolge des erhöhten Widerstandswertes des Widerstands 25 nimmt der Wert des Ausgangssignals von der Brücke 21 zum Verstärker 26 zu und die Glüh-

lampe 15 wird demzufolge mit einer größeren Energie gespeist. Dies führt zu einer höheren Temperatur des Ausdehnungskörpers und auch zu seiner Auslängung. nämlich einer Auslängung, welche genau der gewünschten Dicke der Schnitte entspricht. Die Temperatur des Widerstandsdrahts 16 nimmt entsprechend zu, so daß sein Widerstand wächst. Durch diesen erhöhten Widerstand nimmt der Wert des Ausgangssignals von der Brücke 21 zum Verstärker 26 ab. Die Brücke 21 nimmt dann einen Betriebszustand ein. bei welchem der Glühlampe 15 etwas mehr Energie als vorher zugeführt wird, was notwendig ist, da der größeren Länge des Ausdehnungskörpers eine höhere Temperatur und somit ein größerer Wärmevcrlust an die Umgebung entspricht.

Während des Schneidens darf die Probe 14 nicht die Schneidkante des Messers 2 erreichen, bevor die Vorschubbewegung ausgeführt ist. Indem der Ausdehnungskörper und die Heizeinrichtung so ausgeführt werden, daß sie geringes Gewicht besitzen, kann das Aufheizen, die Ausdehnung und die Einstellung des Gleichgewichts außerordentlich rasch, d. h. innerhalb einiger Sekunden, erfolgen.

Durch das Beheizen des Ausdehnungskörpers wird auch der ringförmige Halter 3 erwärmt. Durch seine Erwärmung dehnt sich der Halter 3 nach aufwärts aus. was aber den Schneidvorgang in keinem merklichen Ausmaß beeinflußt. Weiterhin dehnt sich der Halter 3 bei Erwärmung in Vorschubrichlung aus. Da die Platte 5 in der senkrechten Mittelebene des Halters 3 befestigt ist, wird der Einfluß dieser Ausdehnung in Vorschubrichtung, soweit es den Schneidvorgang angehl.

ausgeschaltet.

In Verbindung mit den Zeichnungen wurde ein stufenweiser und automatischer Vorschub beschrieben. Der Vorschub kann auch auf andere Weise, z. B. durch eine Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands

ίο 25 für jeden Schneidvorgang von Hand oder durch kontinuierliche Erhöhung des Widcrslandswerts. z. B. mit Hilfe eines eigenen Motors, erfolgen. Ebenfalls können verschiedene Arten von Strahlungsquellen und nicht nur Glühlampen als Heizquellcn verwendet wcrden.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Ausdehnungskörper als eigenes Teil ausgeführt, an welchem ein Probenarm so befestigt ist. daß auf dem Probenarm eine Schneidbewegung übertragen werden kann. Die zu schneidende Probe ist am freien Ende des Probenarms befestigt. Bei einer anderen Ausiührungsform können auch der Ausdehnungskörper und der Probenarm zu einer Einheit zusammengefaßt werden, so da" der Probenarm sowohl die Schneid- als auch die. Vor· Schubbewegungen ausführt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Ausdehnungskörper die Vorschub bewegung auf das Messer übertragen, während dci Probenarm nur die Schneidbewegung ausführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mikrotom mit einem Halter für eine zu schneidende Probe, einem Messer zum Schneiden der Probe und einer den Halter und das Messer relativ zueinander bewegenden Vorschubeinrichtung, die einen mit einer Heizeinrichtung versehenen Ausdehnungskörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ausdehnungskörper (6) ein thermischer Widerstand (16) angeordnet ist, der einen Zweig einer Widerstandsbrücke (21) bildet, die einen regelbaren Widerstand (25) tnthält, und daß die Heizeinrichtung (15) mii der Widers'.andsbrücke (2!) elektrisch verbunden und durch die Ausgangsspannung der Brücke regelbar ist und daß die Heizeinrichtung (15) in Abhängigkeit vom Wert sowohl des regelbaren (25) als auch des thermischen (16) Widerstandes dem Ausdehnungskörper eine konstante Temperatur erteilt.

2. Mikrotom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Widerstand (16) ein Widerstandsdraht ist, der im wesentlichen gleichförmig auf der Oberfläche des Ausdehnungskörpers (6) angeordnet ist und dessen jeweiliger Widerstand der Durchschnittstemperaiur des Ausdehnungskörpers entspricht.

3. Mikrotom nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (6) die Form eines Rohres hat, um welches der Widerslandsdraht herumgewickelt ist und in welchem die Heizeinrichtung (15) untergebracht ist.

4. Mikrotom nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (15) in an sich bekannter Weise eine Glühbirne oder ein anderer Wärmestrahler ist.