DE4231516C2

DE4231516C2 - Stativ für Operationsmikroskop mit Drehmomentausgleich

Info

Publication number: DE4231516C2
Application number: DE4231516A
Authority: DE
Inventors: Klaus Biber
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2012-09-22
Also published as: CH685268A5; DE4245034C2; US5492296A; DE4231516A1; JP3594634B2; JPH06194578A

Description

Die Erfindung betrifft ein verstellbares Stativ als Haltevorrichtung, für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für ein Operationsmikroskop, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Haltevorrichtung ist aus der EP 01 05 076 B1 bekannt. Dort ist eine Haltevorrichtung für einen Fernsehmonitor beschrieben, die einen Schwenkarm aufweist, welcher den Fernsehmonitor an einem äußeren Ende trägt. Dieser Schwenkarm ist mit einer horizontalen Schwenkachse an einem Basisteil gelagert, das eine Klemmeinheit umfasst und so eine einfache Montage der Haltevorrichtung an einer Tischplatte ermöglicht. An der horizontalen Schwenkachse des Schwenkarmes ist eine als Schraubenfeder ausgebildete Drehfeder vorgesehen, die mit einem hakenförmigen Ende in das Basisteil eingreift und an einem anderen hakenförmigen Ende mit dem Schwenkarm in Wirkverbindung steht. Diese Drehfeder erzeugt eine Drehkraft, die in einer rechtwinklig zur Achse ihrer Windungen orientierten Ebene liegt, und bewirkt so ein Gegen-Drehmoment, welches ein von einer Last am Schwenkarm hervorgerufenes Drehmoment ausgleicht. Zur Vorspannung der Schraubenfeder ist am Basisteil eine Stellschraube vorgesehen. Diese Stellschraube ist in einer Gewindebohrung im Basisteil geführt. Durch Drehen der Stellschraube kann auf das hakenförmige Ende der Schraubenfeder senkrecht zur Richtung der Schwenkachse eine Kraft ausgeübt werden, welche die Schraubenfeder vorspannt.

In der US 2,151,877 ist ein Stativ für ein Tablett zur Auslage von Waren beschrieben, das einen beweglichen Teleskoparm umfasst. Dieser Teleskoparm trägt das Tablett und ist mit einer horizontalen Schwenkachse beweglich an einem Ständer aufgenommen. In der Schwenkachse ist eine als Spiralflachfeder ausgebildete Drehfeder vorgesehen, die ein senkrecht zur Achse ihrer Windungen orientiertes Gegendrehmoment erzeugt, das dem Drehmoment entgegenwirkt, welches von einer Last am Teleskoparm in der Schwenkachse hervorgerufen wird. Die Spiralflachfeder liegt mit einem inneren Ende an einer Federkernwelle, die auf der Schwenkachse gelagert ist. An einem äußeren Ende steht die Spiralflachfeder mit dem Teleskoparm in Wirkverbindung um so in der Schwenkachse ein der Last entgegenwirkendes Drehmoment hervorzurufen. Der Federkernwelle für die Spiralflachfeder ist ein Rastgesperre zugeordnet, das Federkernwelle und Schwenkachse koppelt. Zur Vorspannung der Spiralflachfeder sind in der Federkernwelle Eingriffslöcher für eine Kurbel vorgesehen.

Verstellbare Stative für Operationsmikroskope haben den Zweck, daß das Operationsmikroskop rasch und präzise zum Operationsfeld ausgerichtet werden kann, wobei seine Bewegungen in allen Richtungen leicht und schwerelos erfolgen sollen.

In der EP 0 023 003 B1 ist ein Stativ zur Aufnahme eines Operationsmikroskops beschrieben, bei dem das Gewicht des Operationsmikroskops mittels Gegengewichten ausgeglichen wird. Beim Ausrichten auf das Operationsfeld kann hier das Operationsmikroskop um zwei Achsen Drehbewegungen ausführen, die als Kippen nach vorne oder hinten und als Schwenken nach links oder rechts verstanden werden. Die Schwerpunktsverlagerungen durch Kipp- und Schwenkbewegungen sind bei bekannten Stativen durch verstellbar angeordnete Gegengewichte sowie durch Dreh- und Bremslager austarierbar. Wird das Gesamtgewicht des Operationsmikroskopes durch Zubehörteile, beispielsweise für Mitbeobachtung, Dokumentation und Assistenz verändert, führt dies ebenfalls zu Verlagerungen des Geräteschwerpunktes, die ebenfalls austariert werden müssen.

Aus der DE 34 10 417 C2 ist ein Stativ für medizinisch-optische Ausrüstung bekannt, bei dem neben Gegengewichten zur Erzeugung einer Ausgleichskraft für Drehmomente, welche von der medizinisch-optischen Ausrüstung hervorgerufen werden, Bremsvorrichtungen in den Drehgelenken eines Schwenkarmes vorgesehen sind. Für eine präzise Einstellung der mit den Bremsvorrichtungen erzeugten Bremskraft sind bei den Bremsvorrichtungen justierbare Andruckfedern vorgesehen, mittels derer eine Druckkraft auf eine Bremsscheibe eingestellt werden kann.

Nachteilig bei diesen bekannten Stativen ist, daß für die Ausgleichsgewichte oder die Brems- und Drehlager zusätzliche Massen erforderlich sind, die zu einer unerwünschten Belastung der Stative führen und deren Bauvolumen unvorteilhaft vergrößern.

Aus der DE 34 44 313 A1 ist ein Operationsmikroskop bekannt, das an einem Hebelarm aufgenommen ist, der um eine Drehachse gelagert ist. Zur Erzeugung eines rückstellenden Drehmomentes für den Hebelarm an dieser Drehachse ist eine Linearfeder vorgesehen, die mit einer in einem Gehäuse geführten, zur Schwenkachse längsbeweglichen Stellschraube vorgespannt werden kann. Die Linearfeder übt über einen Seilzug eine Kraft auf eine Scheibe aus, welche mit dem Hebelarm fest verbunden ist. Auf dem Umfang der Scheibe ist eine Schneckenverzahnung vorgesehen, in welche eine Schnecke eingreift und die Scheibe arretiert. Zur Einstellung eines mittels Federkraft erzeugten Drehmoments für den Hebelarm kann der Angriffspunkt des Seilzuges an der Scheibe über eine Gewindespindel mit Gleitstein in radialer Richtung verschoben werden.

In der DE 39 21 857 A1 ist ein Stativ zur Aufnahme einer medizinisch-optischen Einrichtung beschrieben, bei der ein an einem Parallelogrammträger auftretendes Last-Drehmoment mit einer in dem Parallelogrammträger angeordneten Linearfeder wenigstens teilweise ausgeglichen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompakt aufgebautes verstellbares Stativ mit wenigstens einer Schwenkachse für ein Gerät bereitzustellen, das einen Ausgleich für ein an dieser Schwenkachse von dem Gerät hervorgerufenes Last-Drehmoment ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Stativ mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein solches Stativ für ein optisches Beobachtungsgerät, wie beispielsweise ein Operationsmikroskop, ist verstellbar und hat einen Flansch zur Befestigung des Stativs an einem Standfuß, an einem weiteren Stativ, an einer Decke oder an einer Wand. Es umfasst mindestens ein Drehgelenk, wie etwa ein Kippgelenk um eine Kippachse und/oder ein Schwenkgelenk um eine Schwenkachse, über welches das Gerät am Flansch dreh- und/oder schwenkbar aufgenommen ist, und hat einen elastisch verformbaren Energiespeicher, der mindestens eine Drehfeder aufweist, mittels dessen ein von dem optischen Beobachtungsgerät um die Drehachse verursachtes Drehmoment austariert werden kann. Dieser Energiespeicher ist mit einem Drehmoment zu beaufschlagen und erzeugt bei Verlagerung des Geräteschwerpunktes infolge von Gewichts- und/oder Lageveränderungen des Beobachtungsgerätes um die Kipp- und/oder Schwenkachse ein zum Austarieren erforderliches Drehmoment um die Kipp- und/oder Schwenkachse. Die Vorspannung der Drehfeder ist einstellbar. Um die Vorspannung der Drehfeder einzustellen ist ein selbsthemmendes Schneckengetriebe vorgesehen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen 2-12 beschrieben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sie es ermöglicht, Lageveränderungen des Geräteschwerpunkts auszutarieren sowie Kipp- und/oder Schwenkbewegungen des Operationsmikroskopes annähernd schwerelos zu vollziehen, ohne daß das Stativ mit nennenswerten zusätzlichen Massen belastet oder sein Bauvolumen unerwünscht vergrößert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein an einem verstellbaren Stativ mit einem Energiespeicher für Drehmomentausgleich aufgenommenes Operationsmikroskop;

Fig. 2 in Schnittdarstellung einen Bereich eines verstellbaren Stativs mit Drehmomentausgleich, bei dem zum Drehmomentausgleich ein einstellbarer Energiespeicher mit einer Drehfeder in Form einer Spiralflachfeder und mit einem Schneckentrieb vorgesehen ist;

Fig. 3 einen Teilschnitt des Gegenstands der Fig. 2 entlang der Linie III;

Fig. 4 in Schnittdarstellung einen Bereich eines verstellbaren Stativs mit Drehmomentausgleich, bei dem zum Drehmomentausgleich ein einstellbarer Energiespeicher mit zwei als Spiralflachfedern ausgebildeten Drehfedern, die gegeneinander arbeiten, vorgesehen ist;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines Bereichs eines verstellbaren Stativs mit Drehmomentausgleich, bei dem zum Drehmomentausgleich ein einstellbarer Energiespeicher mit einer als Schraubenfeder ausgebildeten Drehfeder vorgesehen ist;

Fig. 6 einen Schaltkreis zur motorischen Einstellung eines in den Fig. 2-5 gezeigten Energiespeichers;

Fig. 7 einen Schaltkreis zur automatischen Einstellung eines in den Fig. 2-5 gezeigten Energiespeichers.

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 der Teil eines verstellbaren Statives bezeichnet, mit dem das Operationsmikroskop 2 verbunden ist. Ein am Stativ oder an der Decke oder an der Wand befestigbarer Flansch ist mit 50 bezeichnet. Das Operationsmikroskop ist um die Achse 4 schwenkbar und um die Achse 3 kippbar, wobei sich der Drehbereich, bezüglich einer vorgewählten Grundstellung, mindestens auf jeweils ±30° erstreckt. Ein Träger 5 verbindet die Kippachse 3 und die Schwenkachse 4. Mit 40 ist eine Kamera bezeichnet, die als Zubehörteil und damit u. a. gewichtsverändernd am Stativ 1 befestigt ist.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt eines Bereichs des verstellbaren Stativteils 1 aus Fig. 1, der mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher verbunden ist. Es ist mit 3 wieder die Kippachse des Operationsmikroskopes 2 bezeichnet, um deren innere Welle 11 eine als Federkern fungierende Federkernwelle 12, der Träger 5 und ein Federgehäuse 18 mit einer Spiralflachfeder 8 als Energiespeicher angeordnet sind. Im Innern des Federgehäuses 18 befindet sich eine Spiralflachfeder 8, welche als Drehfeder wirkt. Die Spiralflachfeder 8 besitzt eine sehr flache Kennlinie. Sie hat einen äußeren Winkelhaken 13a und einen inneren Winkelhaken 13b. Mit dem inneren Winkelhaken 13b greift die Spiralflachfeder 8 in eine Nut in der Federwelle 12 ein, mit dem äußeren Winkelhaken 13a steht die Spiralflachfeder in Eingriff mit dem Federgehäuse 18.

Als Energiespeicher nimmt die Spiralflachfeder 8 ein Drehmoment auf, das durch Drehen des Federkerns bei feststehendem Federgehäuse oder durch Drehen des Federgehäuses bei feststehendem Federkern aufgebracht wird.

Zur Einstellung der als Energiespeicher fungierenden Spiralflachfeder 8 ist ein Handrad 7 zum Betätigen eines Schneckentriebs 17 vorgesehen, der selbsthemmend ist. Dieser Schneckentrieb 17 ist an sich bekannt und deshalb im Detail nicht gezeichnet.

Über diesen Schneckentrieb 17 kann die Federkernwelle 12 gedreht werden, um auf diese Weise die Spannung der Spiralfeder 8 im Federgehäuse 18 zu verändern, so dass ein an der Kippachse 3 des Operationsmikroskops 2 auftretendes Drehmoment kompensiert werden kann.

An dem Träger 5 ist für den Energiespeicher eine Stellschraube 9 vorgesehen, mittels der ein aufzubringendes Verstell-Drehmoment für eine Kippbewegung des Operationsmikroskops 2 um die Achse 3 eingestellt werden kann. Diese Stellschraube ermöglicht es, das Verstell-Drehmoment auf einen gewünschten Wert einzustellen, der zwischen nahezu 0 Nm und Festklemmung liegen kann.

Die Fig. 3 zeigt den Bereich des Trägers 5 als Schnitt entlang der Linie III aus Fig. 2 mit der Stellschraube 9 und der Spiralflachfeder 8. An dem Träger 5 sind die innere Welle 11 und die Federkernwelle 12 gelagert. Die Spiralflachfeder mit den Winkelhaken 13a und 13b ist mit ihrem Federgehäuse 18 an dem Träger 5 aufgenommen.

Die Stellschraube ist in dem Träger 5 geführt. Sie hat zur Verstellung einen Schraubenkopf 10. Weiter umfasst sie einen Abschnitt mit Gewinde 9a und einen als Drehwelle geformten Abschnitt 9b, der im Vergleich zu dem Abschnitt mit Gewinde einen größeren Durchmesser aufweist. Der Abschnitt 9a der Stellschraube 9 mit Gewinde ist in einer Gewindebohrung 9c in einem das Federgehäuse 18 umgebenden Klemmteil 9d aufgenommen. Dieses Klemmteil 9d liegt mit einer Umfangsfläche an dem Federgehäuse 18 an und hat einen Luftspalt 9e. Das Klemmteil 9d hat weiter eine Ausnehmung 9f für den als Drehwelle geformten Abschnitt 9b der Stellschraube 9 mit einer Stirnfläche 9g. An dieser Stirnfläche 9g liegt die ringförmig ausgebildete Frontfläche des als Drehwelle ausgebildeten Abschnitts 9b der Stellschraube 9. Durch Ein- und Ausschrauben der Stellschraube 9 in das Klemmteil 9d kann die Größe des Luftspalts 9e variiert und damit eine Anpresskraft des Klemmteils 9d an das Federgehäuse 18 zur Erzeugung einer einer Verstellung entgegenwirkenden Reibkraft eingestellt werden.

In der Fig. 4 ist ein Energiespeicher dargestellt, der aus zwei Drehfedern in Form von Spiralfedern 8a und 8b, besteht, welche gegeneinander wirken. Der übrige Aufbau dieses Energiespeichers entspricht dem anhand der Fig. 2 erläuterten und einander entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 versehen.

Die Fig. 5 zeigt einen Energiespeicher, in dem eine Drehfeder vorgesehen ist, die als Schraubenfeder ausgeführt ist. Er entspricht ansonsten dem Aufbau des Energiespeichers aus Fig. 2 und einander entsprechende Bauteile haben wiederum die gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 2.

Bei den anhand der Fig. 2, 4, und 5 erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der jeweils verwendete Energiespeicher mit der Kippachse 3 des verstellbaren Stativs 1 verbunden, die auch die Fokussierachse des Operationsmikroskops 2 verkörpert. Für den Fachmann ist es ohne erfinderisches Weitergestalten möglich, im Rahmen der offenbarten Erfindung den Energiespeicher auch mit der Schwenkachse 4 des Stativs zu verbinden.

Die Fig. 6 zeigt einen Schaltkreis zur motorischen, halbautomatischen Einstellung eines Energiespeichers, wie er beim Gegenstand der Fig. 2, 4 und 5 vorgesehen ist. Bei diesem Schaltkreis wird die Mikroskopstellung als Winkel α am verstellbaren Widerstand R₁ abgegriffen und über den Widerstand R₄ auf einen Regler 21 gebracht. An einem verstellbaren Widerstand R₂ kann das jeweilige Gewicht des Mikroskopzubehörs eingestellt und über den Widerstand R₅ auf den Regler 21 aufgebracht werden. Der Regler 21 verstellt über den Stellmotor M den Energiespeicher in Form einer Spiralflachfeder 8 bzw. Spiralfedern 8a, 8b oder einer Schraubenfeder 20.

Dies bewirkt über die Federkraft des Energiespeichers eine Verstellung, die über den Widerstand R₃ zur Rückmeldung zum Regler 21 bis zum Abgleich geführt wird. Die Änderung der Federkraft über den Verstellwinkel bewirkt als Funktion der Mikroskopstellung α und des Gewichtes G die Austarierung des Operationsmikroskops beim Kippen und Schwenken.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schaltkreises für eine automatische Einstellung des Energiespeichers über Sensoren in einer Brückenschaltung 30 mit den Widerständen R₈, R₉ und den Sensor-Widerständen R₆ und R₇, die z. B. als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sein können, sowie einem Regler 22 und einem Stellmotor M für die Einstellung einer Spiralflachfeder 8 bzw. Spiralfedern 8a, 8b oder einer Schraubenfeder 20.

In den Fig. 2-5 sind Energiespeicher gezeigt, die dem Wesen nach aus elastisch verformbaren Stahlfedern bestehen. Es ist für den Fachmann auch möglich, den Erfindungsgedanken mit elastisch verformbaren hochpolymeren Feststoffen oder Flüssigkeiten mit den dem Ingenieur geläufigen konstruktiven Möglichkeiten zu verwirklichen.

Claims

1. Verstellbares Stativ (1) für ein optisches Beobachtungsgerät,
mit einem Flansch (50) zur Befestigung des verstellbaren Stativs (1) an einem Standfuß, einem weiteren Stativ oder einer Decke oder einer Wand,
mit einem Drehgelenk, über welches das Beobachtungsgerät am Flansch um eine Drehachse (3, 4) drehbar aufgenommen ist,
mit einem eine Drehfeder (8) aufweisenden, elastisch verformbaren Energiespeicher zum Austarieren des von dem Beobachtungsgerät um die Drehachse (3, 4) verursachten Drehmomentes,
wobei die Vorspannung der Drehfeder (8) zur Erzeugung unterschiedlicher Drehmomente einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Schneckengetriebe (12, 17) zur Einstellung der Vorspannung der Drehfeder (8) vorgesehen ist.

2. Verstellbares Stativ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drehfedern (8a, 8b) vorgesehen sind, die gegeneinander wirken.

3. Verstellbares Stativ nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkraft des Drehgelenks einstellbar ist.

4. Verstellbares Stativ nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder aus einer metallischen Legierung besteht.

5. Verstellbares Stativ nach nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder aus Stahl besteht.

6. Verstellbares Stativ nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder aus einem hochpolymeren Feststoff besteht.

7. Verstellbares Stativ nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder als Spiralfeder, als Spiralflachfeder oder als Schraubenfeder ausgebildet ist.

8. Verstellbares Stativ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckengetriebe auf ein Federgehäuse (18) oder einen Federkern (12) zur Einstellung der Vorspannung der Drehfeder (8) wirkt.

9. Verstellbares Stativ nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einstellung der Vorspannung ein Handrad (7) vorgesehen ist.

10. Verstellbares Stativ nach mindestens einem der Ansprüche 1- 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einstellung der Vorspannung ein motorischer Antrieb vorgesehen ist.

11. Verstellbares Stativ nach mindestens einem der Ansprüche 1- 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (3) als Kippachse ausgebildet ist.

12. Verstellbares Stativ nach mindestens einem der Ansprüche 1- 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (4) als Schwenkachse ausgebildet ist.