DE2738240C2

DE2738240C2 - Lageranordnung für den Schwingstab von Mikrotomen, insbesondere Ultramikrotomen

Info

Publication number: DE2738240C2
Application number: DE19772738240
Authority: DE
Inventors: Heinrich Wien Kleber; Hellmuth Dr. Seefeld Tirol Sitte
Original assignee: C Reichert Optische Werke AG
Current assignee: Leica AG Austria
Priority date: 1977-08-25
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1985-08-22
Also published as: DE2738240A1

Description

Die Erfindung, betrifft eine Lageranordnung für den Schwingstab von Mikrotomen, insbesondere Ultramikrotomen, mit zwei Lagerteilen, die über jeweils an einem Lagerteil befestigte und in zugehörige Lagerausnehmungen am anderen Lagerteil eingreifende Kugeln kraftschlüssig verbunden sind.

Beim Herstellen sehr dünner Schnitte an Ultramikrotomen darf das Objekt nicht in der gleichen Bahn abwärts (= Schneidebewegung) und aufwärts (= Rückholbewegung) geführt werden, da bei einem über die

Messerschneide zurückschleifenden Präparat bekanntlich Erscheinungen resultieren, weiche das Herstellen von Serienschnitten in lückenloser Folge unmöglich machen. Dieses Phänomen läßt sich nach zwei «.'erscb^denen Methoden ausschalten:

to Es kann einerseits das Lagergelenk für den Präparatträgerstab in bekannter Weise als Kardangelenk derart ausgebildet werden, daß der Präparatträgerstab allseitig schwenkbar, nicht aber um seine Längsachse drehbar ist Eine derart ausgebildete Lageranordnung ermöglicht es, in Kombination mit entsprechenden Teilen der Mikrotommechanik das Präparat im Verlauf der Schneidebewegung abwärts über die Messerschneide zu führen, wobei der Schnitt entsteht, und es hierauf aus der Schwenkebene des Präparatträgerstabes bei der Schneidebewegung auszuschwenken und seitlich vom Messer im Verlauf der Rückholbewegung aufwärts zurück in die Ausgangsstellung über der Messerschneide zu bewegen. Andererseits ist es möglich, das Lagergelenk des Präparatträgerstabes einfach nach Art eines Scharniers auszubilden und das Schleifen des Präparates bei der Rückholbewegung dadurch zu verhindern, daß man es vom Messer in der Schwenkebene des Präparatträgerstabes entfernt. Hierzu kann z. B. das Messer oder das Präparat magnetisch oder magnetostriktorisch während der Ruckholbewegung um einen gewissen Betrag (z. B. 50 μ) zurückgenommen werden. Ein Präparatrückzug kann auch durch eine gesteuerte Bewegung des Lagers, z. B. mittels einer Kurvenscheibe der Mikrotommechanik, bewirkt werden

Nach den vorstehend erläuterten Konstruktionsprinzipien ausgebildete Mikrotome bezeichnet man ais ι aumelstab-Mikrotome bzw. Schwingstab-Mikrotome.

In beiden Fällen müssen mit Rücksicht auf die zu erzielenden minimalen Schnittdicken mbbesonderc die Lagerteile der Lageranordnung so präzise und reproduzierbar bewegt werden, daß störende UngleichmäDigkeiten der Lagerfunktion mit Sicherheit ausgeschlossen werden können. Zusätzlich sollen die Lagerteile so stabil gebaut sein, daß sie die zum Anklemmen des Präparates am Präparatträgerstab bzw. des Messers am Messerhalter notwendigen Kräfte ohne Schaden auch bei häufigem Wiederholen dieser Klemmvorgänge aufnehmen können, trotzdem aber einfach herzustellen und auf 'ange Zeit wartungsunabhängig sind.

An Schwingstab-Ultramikrotomen benötigt man eine Lageranordnung, welche dem Präparatträgerstab nur einen Freiheitsgrad der Rotation läßt und die übrigen Freiheitsgrade der Rotation sowie sämtliche Freiheiten der Translation reproduzierbar blockiert. Bei einer bckannten Lageranordnung der eingangs geschilderten Art (AT-PS 2 38 963) wird dies beispielsweise durch zwei Kugeln erreicht, weiche unterschiedlich gclagcri sind. Hierbei kann beispielsweise eine Kugel in einer ringförmigen Lagerausnehmung. die zweite in einer als Nut oder V-Kerbe gebildeten Lagerausnehmung gcla^ gert werden. Auf diese Weise ist es zwar möglich, die Zahl der Freiheitsgrade ohne präzise Einstellung des Abslandes der beiden Kugeln mit einfachen Mitteln auf einen Grad der Rotation zu beschränken. Infolge des asymmetrischer; Aufbaues ist jedoch die Lageranordnung entweder instabil oder bedarf zur Stabilisierung relativ starker Federkräfte, welche angesichts der lediglich punkt- oder linienförmigen Auflage der einen Kugel

in der zugehörigen Lagerausnehmung zu Schmierungsproblemen führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lageranordnung der eingangs geschilderten Gattung zu realisieren, weiche die oben erwähnten Mangel nicht aufweist und trotzdem in einfacher Weise die beiden Lagerteile gelenkig, spielfrei und kraftschlüssig miteinander verbindet, so daß sie gegeneinander nur um eine Rotationsachse gedreht werden können, dagegen keinerlei Freiheit der Translation aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe d?di"-oh gelöst daß jede der Lagerausnehmungen ^für die Kugeln als Kugelkalotte ausgebildet ist und zur genauen Anpassung des Abstandes der Lagerausnehmungen voneinander an den Kugelabstand oder des Kugelabstandes an den Abstand der Lagerausnehmungen eine der Lagerausnehmungen oder der Kugeln in Richtung der durch die Kugelmittelpunkte verlaufenden Schwenkachse des Schwingstabes zumindest vorübergehend einstellbar ist

Durch die Anordnung jeweils einer Kugelkalotte als Lagerausnehmung für die Kugeln wird eine vollkommen stabile Lagerung des Schwingstabes geschinfen, die gegenüber auftretenden Kräften nach allen Richtungen widerstandsfähig ist und eine erheblich höhere Stabilität des Schwingstabes zur Folge hat als sie die Lageranordnung nach dem Stand der Technik erlaubt Da es jedoch mit herkömmlichen Maßnahmen außergewöhnlich schwierig, wenn nicht praktisch ausgeschlossen ist, die gegenseitigen Abstände der Kugeln und der Lagerausnehmungen so genau aufeinander abzustimmen, wie es für die Herstellung feinster Schnitte erforderlich ist, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, eine der Kugeln oder eine der Lagerausnehmungen so in Richtung der Schwenkachse des Schwingstabes einstellbar zu halten, daß sich die exakte Positionierung der Kugel bzw. der Lagerausnehmung im krafischiüssig verbundenen Zustand der beiden Lagerteile von selbst vollzieht

Hierzu bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten: Eines der beiden gelenkig miteinander verbundenen Lagerteile der Lageranordnung kann die als Kugelkalotten ausgebildeten Lagerausnehmungen für die Kugeln aufweisen, weiche an· anderen Lagerteil befestigt sind. Dabei wird der Abstand der beiden Lagerausnehmungen dem Abstand der Kugeln dadurch exakt angepaßt, daß eines der vier Elemente — also eine Kugel oder eine Lagerausnehmung — am entsprechenden Lagerteil erst im Verlaufe der Endmontage festgeklebt wird, so daß es sich beim Montagevorgang der Lage der korrespondierenden Kontaktfläche exakt anpaßt. Da nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die beiden gelenkig verbundenen Lagerteile in an sich bekannter Weise durch mindestens eine in bezug auf die Kugeln symmetrisch angeordnete Zugfeder kraftschlüssig nrteinander verbunden sind, wird das beim Montagevorgang noch nicht endgültig fixierte Element unter Ausnutzung der noch bestehenden Nachgiebigkeit des Klebstoffes durch die !Craftschlußwirkung genauestens ausgerichtet. Die endgültige Fixierung dieses Elements in der eingenommenen exakten Lage erfolgt selbsttätig nach kurzer Zeit durch Erhärten des Klebstoffes.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung sieht vor, daß die einstellbare Lagerausnehmung oder Kugel in einem Element ausgebildet bzw. angeordnet Ut, welches durch eine steife Blattfeder an dem zugehörigen Lagerteil gehalten ist, und daß die durch die Kugeimittelpunkte verlaufende Schwenkachse des Schwingstabes die Ebene, in der die Blattfeder Hegt, senkrecht durchstößt. Die Blattfeder ist so ausgebildet daß sie eine gewisse Nachgiebigkeit nur in Richtung der Schwenkachse des Schwingstabes entfaltet, d. h. in der Richtung, in der die Einstellbewegung erwünscht ist. In allen übrigen Richtungen, insbesondere in der Blattfederebene selbst treten jedoch praktisch keine Verformungen auf. Infolge der in Richtung der Schwenkachse vorhandenen Nachgiebigkeit der Blattfeder ist das davon gehalterte Element, welches die Lagerausnehmung bzw. die Kugel trägt in dem gewünschten Ausmaß einstellbar, welches für die exakte Anpassung des Abstandes der Lagerausriehmungen an den Abstand der Kugeln notwendig ist.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Kombination der beiden vorstehend geschilderten Ausführungsformen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausföhrungsbeispiele anhand der Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen.'. : den Zeichnungen zeigx

F i g. I eine schematische Seitenansicht eines Schwingstab-Mikrotoms:

F i g. 2a einen Schnitt längs der Schwenkachse einer ersten Arsführungsform einer erftndungsgemäßen Lageranordnung:

Fig.2b einen Schnitt längs der Linie H-H in Fig.2a, und
F i g. 3a, b eine zu den F i g. 2a, b analoge Darstellung einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lageranordnung.

Der Aufbau des in F i g. 1 gezeigten Ultramikrotoms ist herkömmlicher Art: Ein Präparat 1 ist an einem Präparatträgerstab 2 (Schwingstab) fixiert, der ..»ii einem Ende durch ein im ganzen mit 3 bezeichnetes Lager mit einem Hebe! 4 und an seinem anderen Ende bei Za mit einem Hebel 5 gelenkig verbunden ist. Der Hebel 4 kann seinerseits mit einem Gelenk 6 in einen. Aufsatz 7 des Stativsockels 8 gelagert sowie bei 9 mit einem geeigneten Element der Mikrotommechanik (z. B. Mikrometerspindel. Kurvenscheibe oder dgl.) mittelbar oder unmittelbar gelenkig verbunden sein. Bei einem Drehen eines Handrades 10 bewirkt die im Sockel installierte, nicht näher zu erläuternde Mikrotromrnechanik in bekannter Weise eine Auf- und Ab-Bewegung des Hebels 5 und damit eine Schwenkung des Präparatträgerstabes 2 zusammen mit dem Präparat 1 in Richtung des Doppelpfeiles 13a. Zusätzlich kann ebenfalls in bekannter Weise das Gelenk 9 des Hebels 4 durch die Mikrotommechanik, beispielsweise in der durch den Doppelpfeil 14 bezeichneten Vorschubrichtung, bewegt werden. Diese Bewegung des Gelenks 9 führt zu einem Schwenker de'. Hebels 4 um das Lager 6 und bewirkt damit einen im Verhältnis der in F i g. 1 eingezeichneten Abstände a/b untersetzen Vorschub des Präparatträger Stabes 2 und des daran befestigten Präparats 1 gegen ein im Messerhalter 11 befestigtes Messer 12, wie er zum Herstellen von Schnitten notwendig ist. Zur Erzielung besonders hoher Präzision werden alle Lager und Gelenke durch Federzüge, wie z. B. eine Feder 13, spielfrei gehalten.

Die F i g. 2 und 3 zeigen zwei mögliche Ausführungsformen für die Lageranordnung nach der Erfindung, die in den Lagern 3 und/oder 6 gemäß Fig. 1 verwirklicht sein kann.

Die Lageranordnung gemäß F i g. 2 besteht aus zwei Lagerteilen 15 und 16, welche über zwei Kugeln i 7 sowie zwei kartenförmige Ausnehmungen, die in EIe-

menten 18 ausgebildet sind, gelenkig miteinander verbunden sind. Hierbei sind die Kugeln 17 im Lagerteil 16 eingeklebt, während die Elemente 18, die die Lagerausnehmungen tragen, auf das Teil 15 aufgeklebt sind. Die kraftschlüssige Verbindung der beiden Lagerteile 15,16 über die Kugeln 17 und die die Lagerausnehmungen tragenden Elemente 18 wird in bekannter Weise durch symmetrisch angeordnete Zugfedern 19 bewirkt. Der Präparatträgerstab 2 ist starr am Lagerteil 16 befestigt. Seine Längsachse L /!.'schneidet die durch die beiden Kugelzentren verlaufende Schwenkachse S S' der Lageranordnung. Eine genaue Übereinstimmung der Abstände A der korrespondierenden Lagerelemente 17 und 18 wird dadurch erreicht, daß eine der vier Klebungen zwischen dem Lagerteil 15 und den Elementen 18 bzw. dem Lagerteil 16 und den Kugeln 17 als letzter Montageschritt durchgeführt wird, nachdem alle anderen Klebungen bereits vollzogen und der Klebstoff ausgehärtet ist. Bis zum Aushärten der letzten Klebung verbleibt die ganze Lageranordnung — beispielsweise mit Hilfe der Zugfedern 19 — in kraftschlüssigem Eingriff.

Bei der Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lageranordnung nach F i g. 3 sind im Gegensatz zu der Lageranordnung nach F i g. 2 die kalottenförmigen Lagerausnehmungen für die Kugeln 17 bereits als Vertiefungen im Lagerteil 15 enthalten und weisen keine Zentral- und Belüftungsbohrung auf, wie sie aus der zeichnerischen Darstellung der Fig.2 erkennbar ist. Zur Korrektur von fertigungsbedingten Abweichungen ±.Δ vom vorgegebenen Abstand A ist die eine Kugel 17 in ein eigenes Halterungselement 20 eingeklebt, das über eine steife Blattfeder 21 mit dem Lagerteil 16 verbunden ist. Die Flexibilität der Blattfeder 21 erlaubt aufgrund der aus der Zeichnung erkennbaren Anordnung zwar eine Anpassung des Abstandes der Kugeifi 17 an den Abstand A ± Δ der korrespondierenden Lagerausnehmungen des Lagerteils 15, verhindert aber aufgrund ihrer Steifigkeit Translationen in den beiden anderen Richtungen, insbesondere in Vorschubrichtung.

Zweckmäßigerweise sind die Kalottenflächen der Lagerausnehmungen zur Aufnahme der Kugeln 17 nach den für die Herstellung von optischen Glaslinsen üblichen Verfahren geschliffen oder nach dem Abdruckverfahren (Replikation) aus Kunstharz hergestellt. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß diese Verfahren einerseits eine exakte, interferometrisch kontrollierbare Hohlkugelform der Kontaktflächen der Lagerausnehmungen gewährleisten sowie andererseits das Herstellen großer Auflageflächen über 10 mm² erlauben, welche den Auflagedruck auch bei Federkräften über 5 kp soweit reduzieren, daß eine ausreichende Schmierung im Dauerbetrieb gewährleistet ist Insbesondere werden hierdurch »stick-slipw-Phänomene unterbunden, welche bei den in der Ultramikrotomie an den Lagerelementen erforderlichen Winkelgeschwindigkeit im Bereich zwischen 0,02 und 1,0 Winkelgrad pro see. besonders leicht auftreten und angesichts der hohen geforderten Präzision im nm-Bereich empfindlich stören. Während durch Einschlagen oder Einpressen von Stahlkugeln in Metallauflagen aus weicherem Metall nur Auflageflächen bis maximal 10 mm³ für Kugeln mit Durchmessern von rund 10 mm hergestellt werden können, gestatten sowohl das optische Schleifen, wie das Abdruckverfahren bei gleichem Kugeldurchmesser die Herstellung von Auflageflächen über 100 mm² und damit entweder das Absenken des Auflasedruckes auf V₁₀ oder das Erhöhen der Federkräfte der Zugfedern 19 auf den zehnfachen Wert bei gleichen Schmierbedingungen.

Die erfindungsgemäßen Lagerelemente können in sinngemäß abgewandelter Form — beispielsweise

durch Kombination der Ausführungsformen nach den Fig.2 und 3 sowie der beschriebenen Verfahren zum Herstellen der Kugelauflageflächen — verwirklicht und für unterschiedliche Zwecke bei der Konstruktion eines Ultramikrotoms eingesetzt werden. So kann die erfindungsgemäße Lageranordnung bei der Lagerung des Präparatträgerstabes 2, der Rückzugsvorrichtung, der Vorschubsuntersetzung usw. Anwendung finden. Weiterhin können die Lagerelemente, insbesondere die Lagerausnehmungen und die Kugeln, aus verschiedenen

Materialien hergestellt sein. Hierzu zählen Hartmetalle, Sinterwerkstoffe, geeignete Minerale, wie Rubin oder dgl. Auch Kunststoffe, z. B. selbstschmierende oder mit Moiybdandisuifid versetzte Kunstharze, können Anwendung finden.

Es versteht sich weiterhin, daß anstelle der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen gezeigten Kugeln auch solche Lagerelemente verwendet werden können, die nur im Bereich ihrer Kontaktflächen kugelig ausgebildet sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lageranordnung für den Schwingstab von Mikrotomen, insbesondere Ultramikrotomen, mit zwei Lagerteilen, die über jeweils an einem Lagerteil befestigte und in zugehörige Lagerausnehmungen am anderen Lagerteil eingreifende Kugeln kraftschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lagerausnehmungen für die Kugeln (17) als Kugelkalotte ausgebildet ist und daß zur genauen Anpassung des Abstandes (A ± A) der Lagerausnehmungen voneinander an den Kugelabstand (A) oder des Kugelabstandes an den Abstand der Lagerausnehmungen eine der Lagerausnehmungen oder der Kugeln (17) in Richtung der durch die Kugelmittelpunkte verlaufenden Schwenkachse (S S') des Schwingstabes (2) zumindest vorübergehend einstellbiv ist.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gelenkig verbundenen Lagerteile (15,16) in an sich bekannter Weise durch mindestens eine in bezug auf die Kugeln (17) symmetrisch angeordnete Zugfeder (19) kraftschlüssig verbunden sind.

3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Lagerausnehmung oder Kugel nach kraftschlüssiger Ausrichtung fixierbar ist.

4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Lagerausnehmung oder Kugel durch emen wL.irend der Montage der Lagerteile (15, 16) noch in nachgiebigem Zustand befindlichen aushärtbaren K. „-bstoff fixiert ist.

5. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Lagerausnehmung oder Kugel in einem Element (20) ausgebildet bzw. angeordnet ist, welches durch eine steife Blattfeder (21) an dem zugehörigen Lagerteil (15,16) gehalten ist. und daß die durch die Kugelmittelpunkte verlaufende Schwenkachse (SS') die Ebene, in der die Blattfeder (21) liegt, senkrecht durchstößt.

6. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerausnehmungen nach für optische Linsen gebräuchlichen Verfahren präzisionsgeschliffen sind.

7. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen der Kugeln und der Lagerausnehmungen aus gehärteten oder naturharten, kompakten, gesinterten oder porösen Metallen oder Mineralien gebildet und/oder mit einer speziell präparierten Oberfläche versehen sind.

3. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen der Lagerausnehmungen durch Gießharz gebildet und im Abdruckverfahren hergestellt sind.