WO2012041284A1

WO2012041284A1 - Schneidehubverstellung eines rotationsmikrotoms

Info

Publication number: WO2012041284A1
Application number: PCT/DE2011/001771
Authority: WO
Inventors: Hans Heid
Original assignee: Hans Heid
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-04-05
Also published as: WO2012041284A4; WO2012041284A9; US20130186248A1; US9606026B2; DE102010046498B3

Abstract

Ein Rotationsmikrotom (1) zur Herstellung von Dünnschnitten für die Histologie wird für verschieden große Proben (6) eingesetzt. Zur Einhaltung von optimierten Schneidebedingungen ist eine Anpassung an unterschiedliche Probengrößen gefordert ohne Nachteile in der Bedienung hinzunehmen. Eine Verstellmöglichkeit für die Länge der vertikalen Schneidebewegung (10) ist vorgesehen. Dabei ändert sich allerdings das an der Antriebswelle (12) wirkende Moment, das durch den Vertikalschlitten (7) erzeugt wird. Zur Erhaltung des Rundlaufs der Antriebsbewegung muss dabei entsprechend das Gegengewicht durch ein Verstellgewicht (31) angepasst werden. Es sind dazu Mittel vorgesehen, die in ergonomischer und effizienter Weise in einem Bedienvorgang sowohl die Einstellung des Schneidehubs wie auch die notwendige Anpassung der Gegengewichte ermöglichen. Das erfindungsgemäße Rotationsmikrotom eignet sich besonders in der histologischen Routine bei gemischtem Vorkommen von Proben in Standardkassetten wie auch in Macrokassetten und daher eine schnelle Veränderbarkeit der Schneidehublänge bei gutem Rundlauf der Antriebsbewegung erwünscht ist.

Description

Beschreibung: Schneidehubverstellung eines Rotationsmikrotoms

Die Erfindung betrifft eine Schneidehubverstellung für ein Rotationsmikrotom, das zur

Erzeugung von Dünnschnitten zur mikroskopischen Untersuchung dient , wie es beispielsweise im Oberbegriff der DE 3806269 C1 beschrieben ist. .

Rotationsmikrotome sind charakterisiert durch eine vertikale Schneidebewegung der Objekthalteeinrichtung mit der daran befestigten dünn zu schneidenden Probe und einer horizontalen Zustellbewegung in der Größe der vorgewählten Schnittdicke relativ zwischen Schneidmesser und der Probe, wobei je nach Ausführung entweder das Schneidmesser oder die Probe die horizontale Zustellbewegung ausführt. Die vertikale Schnetdebewegung der Objekthalteeinrichtung, die Teil eines Vertikalschlittens ist, wird beim Rotations mikrotom durch eine kreisförmige Antriebsbewegung erzeugt, über eine Antriebswelle an deren Ende sich ein Kurbelarm mit daran befestigtem kurbelzapfen befindet übertragen und über den Eingriff des drehbar gelagerten Kurbelzapfens in einen in einer Kulissenführung des Vertikalschlittens geführten Kulissenstein in eine geradlinige Vertikalbewegung umgesetzt.

Alternativ kann sinngemäß der Kurbelzapfen, wie z.B. in der DE 000004339071A1 beschrieben, auf andere Formen von Horizontalführungen wirken. Zudem kann wahlweise die antreibende Drehbewegung manuell an einem Handrad mit einem Griff erfolgen oder auch motorisch über eine Riemenscheibe auf die Antriebswelle übertragen werden. Bei konstanter

Winkelgeschwindigkeit der antreibenden Drehbewegung ergibt sich dabei ein sinusartiger Verlauf der Vertikalgeschwindigkeit.

Die Hublänge der geradlinigen Vertikalbewegung der Objekthalteeinrichtung mit der daran befestigten Probe entspricht dabei dem Kreisdurchmesser des Kreises den der

Kurbelzapfenmittelpunkt um die Antriebsachse beschreibt. Das Maß dieser Hublänge und damit des Kreisdurchmessers wird sinnvoller weise so bemessen, dass es der Länge der zu schneidenden Proben entspricht, bzw. mit etwas Reserveabstand um ein problemfreies Anschneiden der Probe zu gewährleisten.

Bei unterschiedlichen Aufgabenstellungen bezüglich der Probengröße erscheint jedoch eine konstruktiv starr festgelegte Hublänge nachteilig. Daher wurde schon früh in der

DE000002253628 A eine Objekthubverstellung eines Mikrotoms beschrieben um die unterschiedlichen Probengrößenanforderungen in der histologischen Routine und der

Ultramikrotomie zu berücksichtigen, um eventuell mit einem Gerätetyp beide

Aufgabenstellungen abzudecken. Dies hat sich allerdings in keiner Weise durchgesetzt.

In den letzten Jahren ergab sich aber eine, innerhalb des Haupteinsatzgebietes der

Rotationsmikrotome in der Routinehistologie, verstärkte Anforderung neben den sehr häufig verwendeten Probengrößen bis ca. 30mm Länge, die sich in Standardkassetten befinden, auch Proben die sich auf sogenannten Macrokassetten befinden im gleichen Labor mit den gleichen Mikrotomen zu schneiden. Diese Macrokassetten weisen Probengrößen von ca. 70mm Länge auf. Demzufolge setzte zunächst ein Trend ein, die starren Hublängen der meisten

handelsüblichen Rotationsmikrotome von bisher ca. 60-65mm auf Hublängen von 70-75mm zu vergrößern, ohne zunächst die bereits bekannte Möglichkeit einer variablen Hublänge in den Geräten anzubieten.

Dies hat ziemlich negative Folgen auf die Schnittqualität und die Ergonomie sowie die Effizienz der Arbeitsprozesse, da weltweit mehr als 90% der routinemäßig verarbeitenden

Probengrößen unterhalb von 30mm Länge liegt. Waren Mikrotome mit festen Hublängen von 60-65mm bereits nachteilig genug für die vorherrschenden Probengrößen, so hat sich dieser Zustand durch die Einführung der Macrokassette und der Anpassung der starren Hublänge an die Maximalgröße weiter verschlechtert. Die Schnittqualität, insbesondere die Vermeidung von Schnittstauchung und die Vermeidung der sogenannten Chatter auf dem erzeugten Schnitt hängen stark von der Schnittgeschwindigkeit ab. Daher ist es ein Ziel bei hohem Probendurchsatz und hoher Schnittfolge trotzdem eine möglichst kleine Schneidegeschwindigkeit einzuhalten. Dies bedeutet beim Rotationsmikrotom unbedingt die kurze Hublänge für die überwiegende Zahl der Proben zur Verfügung zu stellen, auch um im Hinblick auf Ergonomie und Arbeitseffizienz unnötige Leerlaufabschnitte im

Bewegungsablauf bei den am häufigsten verwendeten Proben zu vermeiden. Um trotzdem Universalgeräte anbieten zu können, stellt sich die Anforderung nach einer variablen Hublänge erneut.

In der DE 102008016165 A1 wird dieser Anforderung in gewisser Weise Rechnung getragen. Allerdings ist dort ein Mikrotom beschrieben, das sich nur motorisch betreiben lässt und damit keine direkte mechanische Kopplung zwischen einem Handrad mit Griff und dem

Schneidevorgang vorsieht. Dies ist nachteilig, da es sich herausgestellt hat, dass der Anwender beim Anschneiden einer neuen Probe und eventuell bei schwierigen Proben nicht auf den Handantrieb verzichten möchte. Dabei ist eine spielfreie mechanische Kopplung entscheidend für eine adäquate sensorische Rückmeldung an den manuell arbeitenden Anwender und von unschätzbarem Wert bei schwierigem Probenmaterial mit erhöhten Schneideanforderungen. Daher sind Rotationsmikrotome mit mechanisch gekoppeltem Handrad vorzuziehen auch wenn sie wahlweise motorisch betrieben werden können.

In der DE 102008031 137 A1 ist eine Hubeinstellung für ein Rotationsmikrotom beschrieben. Dort ist auch die Schwierigkeit benannt, die sich durch die bei Rotationsmikrotomen

notwendigen Ausgleichsmassen im Falle einer variablen Hubeinstellung ergibt.

Rotationsmikrotome weisen im Allgemeinen zur Kompensation der vertikal bewegten Massen, die an dem Hebelarm des Kurbelzapfens ein Moment bilden, Ausgleichsmassen auf, die mit der Antriebswelle in Verbindung stehen und deren Masseschwerpunkt mit dem Abstand zur Antriebsachse ein gleichgroßes um 180° versetztes Gegenmoment bildet. Dadurch ergibt sich der gewünschte und notwendige Rundlauf in der Bewegung. Bei einem variabel einstellbaren Schneidehub ist daher in jedem Fall eine entsprechende Anpassung der Wirkung der

Ausgleichsmasse erforderlich, sei es durch Veränderung der Masse selbst oder durch

Veränderung ihres wirksamen Hebelarms.

In der DE 102008031 137 A1 ist sowohl eine Hubverstellung wie auch eine folglich notwendige Massenverstellung beschrieben, die jeweils von außen mit Werkzeugen und nacheinander einstellbar sind. Zur Veränderung des Hubes und der Ausgleichsmasse ist jeweils eine

Arretierung der Antriebswelle vorhanden, um genaue Positionen der Verstell mittel durch Öffnungen im ikrotomgehäuse zu erreichen.

Die in der DE 1 02008031 137 A1 beschriebenen Mittel werden zwar der grundsätzlichen Anforderung nach einer Anpassung des Schneidehubes auf die verwendete Probengröße gerecht, erscheinen jedoch in ihrer Anwendung umständlich und zeitraubend. Dies ist im Routinebetrieb in einem histologischen Labor von großem Nachteil, besonders wenn mehrmals täglich von den in der Regel vorherrschenden kleinen Proben auf große Proben umgestellt werden muss und zurück.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Rotationsmikrotom der beschriebenen Art mit einer Hubverstellung des Schneidehubs zu gestalten, das eine deutlich verbesserte Bedienung der Hubverstellung ermöglicht und dabei als wesentliches Merkmal eine mitgekoppelte Kompensationsverstellung der wirksamen Ausgleichsmasse in einem Bedienvorgang ohne Werkzeuggebrauch und ohne notwendige Feststellung der Antriebsteile erreicht.

Dies wird bei einem Rotationsmikrotom der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass Mittel vorhanden sind, die eine Einstellung der stufenlos wählbaren Hublänge ermöglichen, wobei weitere Mittel eine in fester Abhängigkeit stehende stufenlose Verstellung eines

Ausgleichsgewichtes bewirken und wobei Mittel zur Bedienung der Hubeinstellung bei gleichzeitiger Verstellung des Ausgleichsgewichts vorgesehen sind, die von außen am Mikrotom leicht erreichbar sind.

Die gewählten Mittel sind so gestaltet, dass zur Bedienung der Hubeinstellung weder

Werkzeuge gebraucht werden, noch dazu eine Arretierung der Antriebsmechanik notwendig ist und die Hubeinstellung mit gleichzeitiger Einstellung des Ausgleichsgewichts in einem einzigen Bedienvorgang durchführbar ist, wobei alternativ ein einziges mechanisch wirkendes

Bedienelement betätigt wird oder über eine entsprechende Steuerung, die wiederum Teil der gesamten Mikrotomsteuerung sein kann, elektro-motorische oder elektromagnetische Mittel angesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender das Mikrotom zeitsparend und in ergonomischer weise auf die jeweils anfallenden unterschiedlichen Probengrößen einstellen kann, um mit optimierten Betriebsparametern eine verbesserte Schnittqualität der Dünnschnitte zu erzielen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Einstellmechanik zur Hublängenverstellung besteht darin, den Kurbelzapfen, der die Umsetzung der rotierenden Antriebsbewegung in eine geradlinige Schneidebewegung bewirkt, in seinem Abstand zur Antriebsachse über eine

Zapfenverstelleinheit stufenlos verstellbar anzuordnen.

Dabei wird über ein außen am Mikrotom befindliches Bedienelement, das dem Anwender in ergonomischer weise zugänglich ist, eine translatorische oder rotatorische Verstellbewegung durchgeführt, die durch übertragende Verstellmittel, die sich innerhalb der

Außenmantelbegrenzung der Antriebswelle befinden, auf die Abstandsveränderung zwischen Kurbelzapfenmittelünie und Antriebsachse einwirkt, indem die Zapfenverstelleinheit

entsprechend angetrieben wird.

Gleichzeitig wird durch dieselbe translatorische oder rotatorische Verstellbewegung des Bedienelementes durch weitere, ebenfalls innerhalb der Außenmantelbegrenzung der

Antriebswelle befindliche Verstellmittel auf eine Gewichtsverstelleinheit eingewirkt, in der Weise, dass sich ein Verstel!gewicht, das ein anteiliges Gewicht des gesamten

Ausgleichgewichtes darstellt, radial zur Antriebsachse und in gegensätzlicher Richtung zum Kurbelzapfen in dem Maße verschiebt, dass die Bedingung M_V=M_A für jeden Drehwinkel der Antriebsbewegung erfüllt ist, wobei die Gewichtsverstelleinheit mit einem der genannten innenliegenden Verstellmittel durch eine Öffnung in der Außenmantelbegrenzung der Antriebswelle in Eingriff ist.

Dabei ist M_v das Moment mv*g*r *sina, mit

m_v = vertikal bewegte Masse, die den Schneidehub ausführt,

g = Erdbeschleunigung

r_v = Radius des Kreises, den der Kurbelzapfen beschreibt = halbe Hublänge,

α = Drehwinkel der Antriebsbewegung (0°-360^o),

und M_A das Moment

m_A*g*r_A*sin ( +180°), mit

m_A = Ausgleichsmasse,

r_A = Abstand Massenschwerpunkt der Ausgleichsmasse zur Antriebsachse.

Im Falle der Aufteilung des Ausgleichgewichtes, wie hier beschrieben, in ein fixes

Ausgleichsgewicht und in ein Verstellgewicht gilt:

M_A = m_AF ^*g^*r_AF*sin ( o +180°) + m_AV ^*g^*r_AV ^*sin ( a+180°) mit,

m_AF = fixe Ausgleichsmasse

r_AF = Abstand des Massenschwerpunktes der fixen Ausgleichsmasse zur Antriebsachse m_AV = verstellbare Ausgleichsmasse

r_AV = Abstand des Massenschwerpunktes der verstellbaren Ausgleichsmasse zur

Antriebsachse.

Mit M_v=M_A gilt: m_v*g*r_v*sina = m_AF*g*r_AF*sin ( a+180°) + m_AV*g*r_Av*sin ( cc+180°) und damit

m_v*g*r_v*sina. = m_AF*g*rAF*sin ( -a) + m_AV*g*r_AV*sin ( -a)

m *g*r_v*sina = - m_AF*g*r_AF*sin - m_AV*g*r_AV*sin a m_v*g*r_v*sina = - g* sin a (m_AF*r_AF + m_AV*r_AV)

m_v*r_v = - (m_AF*r_AF + m_AV*r_AV)

Dabei verändert sich das Moment M_v in der Praxis natürlich nur in dem Bereich zwischen r_vmin und r max, also entsprechend dem gewählten Minimalhub und dem Maximalhub.

Typischerweise wird man, bezogen auf die oben beschriebenen Probengrößen, r_vmin ungefähr bei Yz r_vmax wählen, obwohl natürlich jedes andere Verhältnis < 1 möglich ist.

Für das entsprechende Kompensationsmoment, das vorteilhafterweise additiv von einer fixen Ausgleichsmasse und von einer verstellbaren Ausgleichsmasse gebildet wird, besteht in weiten Grenzen Wahlfreiheit in der Aufteilung des Verhältnisses von fixer Masse zu verstellbarer Masse. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Aufteilung derart, dass das durch die fixe

Ausgieichsmasse gebildete Moment ungefähr den Mittelwert zwischen benötigtem

Maximalmoment und Minimalmoment aufbringt und dadurch das verbleibende verstellbare Ausgleichsmoment zur Zweckerfüliung sowohl positive wie auch negative Ausgleichsmomente annehmen muss.

Dies bedeutet, dass der Massenschwerpunkt der verstellbaren Ausgleichsmasse sowohl auf der gleichen Seite, in Bezug auf die Antriebsachse, wie die fixe Masse liegen kann (positive Ausgleichsmomente), wie auch auf der gegenüberliegenden Seite (negative Ausgleichsmomente). Dies ist vorteilhaft, da der real verfügbare Raum um die Antriebsachse bzw. am Handradkörper allseitig genutzt werden kann und damit zugunsten einer besten Auflösung ein maximaler Verstellweg innerhalb eines gewählten konstruktiven Rahmens gegeben ist.

Der Einstellvorgang am Bedienelement kann zudem völlig läge- und positionsunabhängig bezüglich der Winkelstellung der Antriebswelle und eines damit verbundenen Handrades oder einer damit verbundenen Riemenscheibe vorgenommen werden. An Stelle eines mechanisch wirkenden Bedienelementes können natürlich auch beispielsweise Getriebemotoren oder Elektrohub- oder Zugmagnete eingesetzt werden, die wiederum über eine entsprechende Steuerung bedient werden.

Ein Ausführungsbeispiel für translatorische Verstellmittel der oben beschriebenen Art besteht darin, in der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle ein Schubgestänge axial verschieblich zu lagern, wobei auf der Bedienseite außerhalb des Handrades eine mit dem Schubgestänge in Verbindung stehende Hebelmechanik als Bedienelement das Maß der Verschiebung bestimmt. Am gegenüberliegen Ende des Schubgestänges treibt eine 90° Umsetzung, als weiterer Teil der Verstellmittel, eine Zapfenverstelleinheit an. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass sich am Ende des Schubgestänges eine sich in Verschieberichtung erstreckende

Zahnstange befindet, deren Ritzel eine Spindel antreibt, die auf einen Verstellschlitten der Zapfenverstelleinheit wirkt.

Zusätzlich befindet sich auf einem mittleren Abschnitt des Schubgestänges ein Verstellmittel, das über eine Öffnung der Mantelfläche der Antriebswelle und unter Eingriff in ein koppelndes Antriebsmittel in einer weiteren 90° Umsetzung auf die Gewichtsverstelleinheit in der Weise einwirkt, dass mit Betätigung des Bedienelementes gleichzeitig eine Hubverstellung des Schneidehubs und eine, unter Berücksichtigung des fixen Ausgleichsgewichts, adäquate Gewichtsverstellung des variablen Ausgleichgewichtes stattfindet, mit der Wirkung, dass das durch die vertikal bewegte Masse am Kurbelzapfen auftretende Moment für jeden Winkel der Antriebsbewegung ausgeglichen ist. Das auf die Gewichtsversteilung wirkende Verstellmittel kann beispielsweise ebenfalls eine sich in Verschieberichtung des Schubgestänges erstreckende Zahnstange sein, die mit dem

Schubgestänge verbunden ist. Das weitere koppelnde Antriebsmittel, das durch eine Öffnung in der Mantelfläche der Antriebswelle eingreift kann dann beispielsweise ein zu der genannten Zahnstange passendes Ritzel sein, das seinerseits z.B. eine Verstellspindel in der

Gewichtsverstelleinheit antreibt.

Ein Bedienelement zur translatorischen Verstellung in Achsrichtung der Antriebsachse des Mikrotoms kann einfach in einer griffartigen Verlängerung des Schubgestänges auf der

Bedienseite bestehen. Eine unbeabsichtigte Verstellung wird verhindert, wenn über die angetriebenen Spindeln der Zapfenverstelleinheit oder der Gewichtsverstelleinheit eine Selbsthemmung vorliegt.

In einer weiteren Ausführung kann das Bedienelement aus einer Hebelmechanik bestehen, die bei Bedienung entsprechend zu der genannten translatorischen Verstellung in axialer Richtung der Antriebsachse führt.

Die Lage des genannten Schubgestänges in der als Hohlwelle ausgeführten Antriebsachse und damit auch die Lage der mit dem Schubgestänge in Verbindung stehenden Verstellmittel, kann konzentrisch oder auch exzentrisch sein und kann je nach konstruktiver Ausgestaltung und Anforderungen entsprechend gewählt werden.

Ein Ausführungsbeispiel für rotatorische Verstellmittel der oben beschriebenen Art, besteht darin, in der als Hohlwelle ausgeführten Antriebswelle eine Verstellwelle konzentrisch drehbar zu lagern, wobei am bedienseitigen Ende der Antriebswelle, außerhalb des Handrades oder einer Riemenscheibe, ein mit der Versteliwelle in Verbindung stehendes Einstellrad als

Bedienelement dient.

Am gegenüberliegenden Ende der Verstellwelle, treibt eine 90° Umsetzung, als weiterer Teil der Verstellmittel, eine Zapfenverstelleinheit an. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass sich am Ende der Verstellwelle ein Antriebs-Kegelrad befindet, das mit einem Abtriebskegelrad in Eingriff ist und das eine Spindel antreibt, die auf einen Verstellschlitten der

Zapfenverstelleinheit wirkt.

Zusätzlich befindet sich auf einem mittleren Abschnitt der Verstellwelle ein Verstellmittel, das über eine Öffnung der Mantelfläche der Antriebswelle und unter Eingriff in ein koppelndes Antriebsmittel in einer weiteren 90° Umsetzung auf die Gewichtsverstelleinheit in der Weise einwirkt, dass mit Betätigung des Bedienelementes gleichzeitig eine Hubverstellung des Schneidehubs und eine, unter Berücksichtigung des fixen Ausgleichsgewichts, adäquate Gewichtsverstellung des variablen Ausgleichgewichtes stattfindet, mit der Wirkung, dass das durch die vertikal bewegte Masse am Kurbelzapfen auftretende Moment für jeden Winkel der Antriebsbewegung ausgeglichen ist.

Das auf die Gewichtsverstellung wirkende Verstellmittel kann beispielsweise eine mit der Verstellwelle verbundene Schnecke sein. Das weitere koppelnde Antriebsmittel, das durch die beschriebene Öffnung in der Mantelfläche der Antriebswelle eingreift kann dann beispielsweise ein zu der genannten Schnecke passendes Schneckenrad sein das Teil der Gewichtsverstelleinheit ist und das seinerseits die Gewichtsverstelleinheit antreibt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für rotatorische Verstellmittel der oben beschriebenen Art, besteht darin, die oben beschriebene Ausführung lediglich mit einer anderen Form der

Gewtchtsverstellung zu kombinieren. Dabei kann das auf die Gewichtsverstellung wirkende Verstellmittel beispielsweise ein Ritzel sein das mit der Verstellwelle verbunden ist. Das weitere koppelnde Antriebsmittel, das durch die beschriebene Öffnung in der Mantelfläche der

Antriebswelle eingreift kann dann beispielsweise eine zu dem genannten Ritzel passende Zahnstange als Teil der Gewichtsverstelleinheit sein, die ihrerseits das Verstellgewicht verschiebt Bei beiden Ausführungsbetspielen für rotatorische Verstell mittel ist das als Bedienelement wirkende Einstellrad für die jeweilige Einstellposition gegen eine unbeabsichtigte Verstellung fixiert, wenn über die angetriebene Spindel der Zapfenverstelleinheit durch entsprechende Auslegung eine Selbsthemmung vorliegt.

Weiterhin kann beispielsweise das als Bedienelement wirkende Einstellrad durch einen in der als Hohlwelle ausgeführten Antriebswelle eingebauten Getriebemotor ersetzt werden, der mit einer Steuerung und einer entsprechenden Bedieneinheit in Verbindung steht und dessen elektrische Versorgung über Schleifkontakte an der Antriebswelle oder dem Handrad hergestellt wird.

Die Erfindung wird durch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Bei Bauteilen die miteinander verbunden sind, wurde auf die Darstellung der jeweiligen

Verbindungsmittel zur besseren Übersichtlichkeit verzichtet. Weitere alternative

Ausführungsbeispiele dieser Erfindung sind natürlich ebenfalls möglich.

Die Zeichnungen stellen dar, in

Fig. 1

Eine perspektivische Ansicht eines bekannten Rotationsmikrotoms entsprechend dem Stand der Technik

Fig. 2

Eine perspektivische Ansicht eines bekannten Vertikalschlittens entsprechend dem Stand der Technik

Fig. 3

Eine perspektivische Ansicht einer bekannten Antriebseinheit entsprechend dem Stand der Technik

Fig. 4

Eine schematische Darstellung eines bekannten Rotationsmikrotoms mit einer Hubverstellung nach dem Stand der Technik

Fig. 5

Die Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Zapfenverstelleinheit

Fig. 6

Eine perspektivische Ansicht der Zapfenverstelleinheit mit Verstellwelle und Einstellrad

Fig. 7

Eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit mit eingebauter Zapfenverstelleinheit Fig. 8

Eine weitere perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit mit eingebauter Zapfenverstelleinheit und sichtbarem Einstellrad

Fig. 9

Eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gewichtsverstelleinheit an einem Handrad

Fig. 10

Eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen gekoppelten Zapfenverstelleinheit mit Gewichtsverstelleinheit

Fig. 1 1

Eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer erfindungsgemäßen Gewichts- ersteileinheit

Fig. 12

Eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer gekoppelten Zapfenverstelleinheit mit einer Gewichtsverstelleinheit

Fig. 13

Eine perspektivische Ansicht einer kompletten erfindungsgemäßen Antriebseinheit mit gekoppelter Zapfenverstelleinheit und Gewichtsverstelleinheit und zusätzlichem fixem

Ausgleichsgewicht

Fig. 14

Eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung an einem

Rotationsmikrotom

Fig. 15

Eine schematische Ansicht eines Rotationsmikrotoms mit erfindungsgemäßer gekoppelter Zapfenverstelleinheit und Gewichtsverstelleinheit

Fig. 16

Eine schematische Ansicht eines Rotationsmikrotoms mit erfindungsgemäßer gekoppelter Zapfenverstelleinheit und Gewichtsverstelleinheit und einer optionalen Riemenscheibe für einen motorischen Schneideantrieb, sowie einem Getriebemotor zum Antrieb der Verstellmtttel

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bekannten Rotationsmikrotoms 1 entsprechend dem Stand der Technik. An dem Mikrotomgestell mit Grundkörper 2 wird über eine rotierende Antriebsbewegung am Handrad 3 eine Schneidebewegung erzeugt. Dabei wird an dem feststehenden Messerträger mit Schneidmesser 4 die in der Objekthalteeinrichtung 5 eingespannte, dünn zu schneidende Probe 6, als Teil des Vertikalschlittens 7 vertikal vorbeibewegt. Die ZuStelleinrichtung 8, die ebenfalls Teil des Vertikalschlittens ist, erzeugt dabei in Intervallen die horizontale Zustellbewegung gemäß dem Doppelpfeil 9. Die vertikale Schneidebewegung ist durch den Doppelpfeil 10 gekennzeichnet. Zum Ausgleich der vertikal wirkenden Masse des Vertikalschlittens 7 ist ein Gegengewicht 11 wirksam, das mit der Antriebswelle 12 und damit mit dem Handrad 3 verbunden ist. Die Antriebswelle 12 ist im Antriebslager 13, das sich am Mikrotomgestell mit Grundkörper 2 befindet, gelagert. Der Vertikalschlitten 7 ist über die inneren und äußeren Vertikalführungselemente 14/14' möglichst spielfrei geführt.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bekannten Vertikalschlittens entsprechend dem Stand der Technik. Hierbei ist dargestellt wie der Kulissenstein 15 in der horizontal

verlaufenden schlitzartigen Kulissenführung 6 verschieblich gelagert ist.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bekannten Antriebseinheit entsprechend dem Stand der Technik. Dargestellt ist der mit der Antriebswelle 12 verbundene Kurbelarm 17 und der darin verbundene Kurbelzapfen 18.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines bekannten Rotationsmikrotoms mit einer Hubverstellung nach dem Stand der Technik. Dabei ist der Abstand von der Antriebsachse 19 zu der Mittelachse 20 des Kurbelzapfens, charakterisiert durch den Doppelpfeil 21 , verstellbar und damit auch der Schneidehub, der dem doppelten Abstand entspricht.

Fig. 5 zeigt die Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Zapfenversteileinheit 22. Entlang einer Schlittenführung 23 kann sich der Verstellschlitten 24 geradlinig bewegen. Die Bewegung wird an dem Muttergewinde des Verstellschlittens 24 durch die drehbar in den Stützlagern 26 gelagerte Verstellspindel 25 erzeugt. Die Verstellspindel 25 selbst wird über einen

Kegelradsatz, bestehend aus einem Antriebskegelrad 27 und einem mit der Verstellspindel 25 verbundenen Abtriebskegelrad 28 bewegt.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Zapfenverstelleinheit 22 mit Verstellwelle 29 und dem mit dieser verbundenen Einstellrad 30. Die Verstellwelle 29 ist dabei ebenfalls mit dem hier nicht sichtbaren, aber in Fig. 5 gezeigten, Antriebskegelrad 27 verbunden.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit bestehend aus einem Handrad 3, einer damit verbundenen Antriebswelle 12, einer daran befestigten Zapfenverstelleinheit 22 und mit einem ebenso mit der Antriebswelle 12 verbundenen reduziertem Gegengewicht 11 '. Das Gegengewicht 1 1' ist in seiner Masse so bemessen, dass wie weiter unten ausgeführt, ein hier noch nicht dargestelltes Verstellgewicht 31 zur Gesamtmasse führt, die zur Erfüllung der obengenannten Bedingung der Momentengleichheit M_V=M_A notwendig ist.

Die Antriebswelle 12 ist hier aufgebrochen dargestellt, um die innenliegende drehbar gelagerte Verstellwelle 29 sichtbar zu machen.

Fig. 8 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der in Fig. 7 bereits dargestellten

Antriebseinheit mit den gleichen Elementen. Zusätzlich ist hier lediglich das als Bedienelement vorgesehene Einstellrad 30 sichtbar.

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gewichtsverstelleinheit 34 an einem Handrad 3. Dargestellt ist das Verstellgewicht 31 , das über Führungsnuten in den fest mit dem Handrad 3 verbundenen Führungen 32 geradlinig in Richtung des Doppelpfeils 33 bewegbar ist. Die Elemente der hier dargestellten Gewichtsverstelleinheit 34 sind die Schnecke 35, das zugehörige Schneckenrad 36, das über die Treibwelle 38 in den mit dem Handrad 3 verbundenen Lagerböcken 37 gelagert ist. Über den mit der Treibwelle 38 starr verbundenen Treibhebel 39, der seinerseits über das Hebelgelenk 41 mit der Schubstange 40 beweglich verbunden ist, wird eine Drehbewegung der Schnecke 35 auf die Schubstange 40 übertragen. Diese steht ihrerseits über den Lagerstift 42 gelenkig mit dem Verstellgewicht 31 in Verbindung, sodass dieses geradlinig gemäß des Doppelpfeils 33 bewegt wird.

Fig. 10 zeigt nun eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen gekoppelten

Zapfenverstelleinheit 22 mit einer Gewichtsverstelleinheit 34. Dabei ist die Antriebswelle 12 mit der Zapfenverstelleinheit 22 und dem Handrad 3 starr verbunden. Die Antriebswelle 12 ist weit aufgebrochen dargestellt, damit die innen-liegende drehbar gelagerte Verstellwelle 29 sichtbar wird, die mit der in Fig. 9 bezeichneten Schnecke 35 verbunden ist. In der praktischen

Ausführung ist die Antriebswelle 12 für den Eingriff des Schneckenrades 36 in die Schnecke 35 nur soweit schlitzartig ausgefräst wie es die Abmessungen der Bauteile kollisionsfrei erfordern, um keine unnötige Schwächung der Antriebswelle hervorzurufen.

Die Verstellwelle 29 wird von dem , hier nicht sichtbaren, Einstellrad 30 bedient, das mit der Verstellwelle verbunden ist.

Fig. 1 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer erfindungsgemäßen Gewichtsverstelleinheit 34, bestehend aus einem Ritzel 43, das analog zu der in Fig. 9 gezeigten Schnecke, mit der in Fig. 10 gezeigten Verstellwelle 29 verbunden ist und einer Zahnstange 44 die mit dem Verstellgewicht 31 verbunden ist

Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer gekoppelten

Zapfenverstelleinheit 22 mit einer Gewichtsverstelleinheit 34 bestehend aus einem Ritzel 43 und einer Zahnstange 44 wie in Fig. 11 dargestellt. Dabei ist die Antriebswelle 12 mit der Zapfenverstelleinheit 22 und dem Handrad 3 starr verbunden. Die Antriebswelle 12 ist weit aufgebrochen dargestellt. Wie in der Beschreibung zu Fig. 10 gilt auch hier, dass in der praktischen Ausführung die Antriebswelle nur insoweit ausgefräst ist, wie es das Zusammenwirken von Ritzel 43 und Zahnstange 44 kollisionsfrei erfordert.

Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht einer kompletten erfindungsgemäßen Antriebseinheit mit gekoppelter Zapfenverstelleinheit 22 und Gewichtsverstelleinheit 34 und zusätzlichem fixem Gegengewicht 11 ', das mit der Antriebswelle 12 starr verbunden ist.

Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung an einem Rotationsmikrotom 1 mit einem Gestell mit Grundkörper 2, einem Messerträger mit Schneidmesser 4, einer dünn zu schneidenden Probe 6 und einem Vertikalschlitten 7 mit ZuStelleinrichtung 8, der über Vertikalführungen 14/14' geführt wird. Am Handrad 3 befindet sich die Führung 32 des Verstellgewichts 31 , das darin verschieblich gelagert ist und über die Gewichtsverstelleinheit 34 angesteuert wird. Ebenso sichtbar ist ein Teil des fixen Gegengewichts 1 1 '.

Fig. 15 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotationsmikrotoms 1 mit erfindungsgemäßer gekoppelter Zapfenverstelleinheit 22 und Gewichtsverstelleinheit 34. An dem Gestell mit Grundkörper 2 des Mikrotoms befindet sich das Antriebslager 13, in dem die Antriebswelle 2 drehbar gelagert ist. Mit der Antriebswelle 12 starr verbunden ist der Grundkörper der

Zapfenverstelleinheit 22, das Handrad 3 mit Griff 45 und das fixe Gegengewicht 11 '. In der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 12 ist die Verstellwelle 29 konzentrisch und drehbar angeordnet. Die Verstellwelle 29 ist mit dem Einstellrad 30 starr verbunden, ebenso wie mit den antreibenden Verstellmitteln der Zapfenverstelleinheit 22 und der Gewichtsverstelleinheit 34. Eine Betätigung des als Bedienelement ausgeführten Etnstellrades 30, bewirkt gleichzeitig über die Zapfenverstelleinheit 22 eine Verstellung des wirksamen Abstandes des Kurbelzapfens 18 und damit der Hublänge sowie eine_, über die Gewichtsverstelleinheit 34 hervorgerufene

Verstellung des Verstellgewichts 31. Dabei wird das durch den Vertikalschlitten 7 am Hebelarm des Kurbelzapfens 8 erzeugte Moment durch ein gleichgroßes gegensätzliches Moment, das durch das fixe Gegengewicht 1 1 ' und das Verstellgewicht 31 mit ihren jeweils wirksamen Hebelarmen gebildet wird, ausgeglichen.

Fig. 16 zeigt ebenfalls eine schematische Ansicht eines Rotationsmikrotoms 1. Im Unterschied zu Fig. 15 ist hier zusätzlich eine Riemenscheibe 46 dargestellt, die mit der Antriebswelle 12 verbunden ist und neben dem Antrieb über das Handrad 3 auch einen motorischen Antrieb der Schneidebewegung über eine hier nicht dargestellte Verbindung zu einem Antriebsmotor ermöglicht. Weiterhin ist hier ein elektrisch betriebener Aktor in Form eines Getriebemotors 47 dargestellt, der an Stelle des in Fig. 15 dargestellten Einstellrads 30 mit der Verstellwelle 29 verbunden ist und somit die Verstellbewegung für die Zapfenverstelleinheit 22 und die

Gewichtsverstelleinheit 34 aufbringt. Der Getriebemotor 47 ist mit seinem Gehäuse in der Antriebswelle (12) fixiert und ist über elektrische Leitungen mit den Schleifringen 49 verbunden, die auf dem Isolierring 48, der mit dem Handrad 3 verbunden ist, aufgebracht sind. Die

Schleifringe 49 stehen in elektrischem Kontakt mit den Federkontakten 51 , die an einem mit dem Mikrotomgestell 2 verbundenen Isolierkörper 50 befestigt sind.. Die Federkontakte 51 stehen in elektrischer Verbindung mit einer, hier als Blockdiagramm dargestellten Steuerung 52, die den Getriebemotor 47 elektrisch versorgt und die ihrerseits von einer, hier ebenfalls als Blockdiagramm dargestellten Bedieneinheit 53 angesteuert wird.

Bezugszeichenliste:

1 Rotationsmikrotom

2 Mikrotomgestell mit Grundkörper

3 Handrad

4 Messerträger mit Schneidmesser

5 Objekthalteeinrichtung

6 Probe

7 Vertikal schütten

8 ZuStelleinrichtung

9 Horizontale Zustellbewegung

10 Vertikale Schneidebewegung

1 1/1 1 ' Gegengewicht

12 Antriebswelle Antriebslager

14/14' Vertikalführungen

Kulissenstein

Kulissenführung

Kurbelarm

Kurbelzapfen

Antriebsachse

Mittelachse Kurbelzapfen

Abstand Antriebsachse-Mittelachse Kurbelzapfen Zapfenverstelleinheit

Schlittenführung

Verstellschlitten

Verstellspindel

Stützlager

Antriebskegelrad

Abtriebskegelrad

Verstellwelle

Einstellrad

Verstellgewicht

Führung Verstellgewicht

Gewichtsverstellweg

Gewichtsverstelleinheit

Gewichtsverstellschnecke

Schneckenrad Gewichtsverstellung

Lagerböcke

Treibwelle

Treibhebel

Schubstange

Hebelgelenk

Lagerstift

Ritzel

Zahnstange

Griff

Riemenscheibe

Getriebemotor

Isolierring

Schleifringe

Isolierträger

Federkontakte

Steuerung

Bedieneinheit

Claims

Patentansprüche

1. Rotationsmikrotom (1 ) mit einem den Schneidehub ausführenden Vertikalschlitten (7), einer Antriebswelle (12) zur Erzeugung der vertikalen Schneidebewegung (10), einer Hubverstelleinrichtung des Schneidehubs und mit einem Gegengewicht (1 1 ^') und einem

Verstellgewicht (31 ) mit verstellbarer Kompensationsmasse,

dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (12) als Hohlwelle ausgebildet ist, die eine Öffnung in der Mantelfläche aufweist, dass mit dem abtriebsseitigen Ende der Antriebswelle (12) eine Zapfenverstelleinheit (22) verbunden ist, dass sich in Erstreckung des

gegensätzlichen Endes der Antriebswelle (12) ein Bedienelement (30) befindet, dass im

Abschnitt zwischen den beiden Enden der Antriebswelle (12) eine Gewichtsverstelleinheit (34) angeordnet ist, wobei die Führung (32) des Verstellgewichts (31 ) mit der Antriebswelle (12) direkt oder indirekt über das Handrad (3) verbunden ist, dass das Bedienelement (30) auf translatorisch oder rotatorisch wirkende Verstellmittel (29) wirkt, die sich im Innern der

Antriebswelle (12) befinden und die gleichzeitig in einem Bedienvorgang sowohl die

Zapfenverstelleinheit (22) als auch die Gewichtsverstelleinheit (34) antreiben, mit der Maßgabe, dass das durch das Gewicht des Vertikalschlittens (7) am Kurbelzapfen (18) mit dem Abstand der Antriebsachse (19) der Antriebswelle (12) zur Mittelachse (20) des Kurbelzapfens (21 ) erzeugte Moment durch das vom Gegengewicht (1 1') und vom Verstellgewicht (31 ) mit ihren jeweiligen Abständen ihrer Masseschwerpunkte von der Antriebsachse (19) erzeugten

Teilmomenten, für jeden Winkel der kreisförmigen Antriebsbewegung, in der Summe ausgeglichen ist.

2. Rotationsmikrotom (1) mit einem den Schneidehub ausführenden Vertikalschlitten (7), einer Antriebswelle (12) zur Erzeugung der vertikalen Schneidebewegung (10), einer

Hubverstelleinrichtung des Schneidehubs und mit einem Gegengewicht (11 ^') und einem Verstellgewicht (31 ) mit verstellbarer Kompensationsmasse,

dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (12) als Hohlwelle ausgebildet ist, die eine Öffnung in der Mantelfläche aufweist, dass mit dem abtriebsseitigen Ende der Antriebswelle (12) eine Zapfenverstelleinheit (22) verbunden ist, dass sich im Innern der Antriebswelle (12) ein elektrisch betriebener Aktor (47) befindet, dessen Gehäuse mit der Antriebswelle (12) verbunden ist und dessen elektrische Versorgung über Schleifkontakte (49) an der

Antriebswelle (12) oder am Handrad (3) erfolgt und der Aktor (47) über eine Steuerung (52) angesteuert wird, die ihrerseits auf einen Bedienbefehl einer Bedieneinheit (53) reagiert, dass im Abschnitt zwischen den beiden Enden der Antriebswelle (12) eine Gewichtsverstelleinheit (34) angeordnet ist, wobei die Führung (32) des Verstellgewichts mit der Antriebswelle (12) direkt oder indirekt über das Handrad (3) verbunden ist, dass der Aktor (47) auf translatorisch oder rotatorisch wirkende Verstellmittel wirkt, die sich ebenfalls im Innern der Antriebswelle (12) befinden und die gleichzeitig auf einen Bedienbefehi sowohl die Zapfenverstelleinheit (22) als auch die Gewichtsverstelleinheit (34) antreiben, mit der Maßgabe, dass das durch das Gewicht des Vertikalschlittens (7) am Kurbelzapfen (18) mit dem Abstand der Antriebsachse (19) der Antriebswelle (1.2) zur Mittelachse (20) des Kurbelzapfens (21 ) erzeugte Moment durch das vom Gegengewicht (1 1') und vom Verstellgewicht (31 ) mit ihren jeweiligen Abständen ihrer Masseschwerpunkte von der Antriebsachse (19) erzeugten Teilmomenten, für jeden Winkel der kreisförmigen Antriebsbewegung, in der Summe ausgeglichen ist.

3. Rotationsmikrotom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vom

Verstellgewicht (31 ) mit seinem Masseschwerpunkt im Abstand zur Antriebsachse (19) erzeugte Teilmoment sowohl positiv wie auch negativ sein kann in Bezug auf das aufzubringende Gesamtmoment.

4. Rotationsmikrotom nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement ein Einstellrad (30) ist und ein rotatorisches Verstellmittel die konzentrisch in der Antriebswelle (12) gelagerte Verstellwelle (29) ist, die mit dem Einstellrad (30) und mit weiteren rotatorisch wirkenden Verstellmitteln zum Antrieb der Zapfenverstelleinheit (22) und der Gewichtsverstelleinheit (34) starr verbunden ist.

5. Rotationsmikrotom nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Getriebemotor (47) ist und ein rotatorisches Verstellmittel die konzentrisch in der Antriebswelle (1 ) gelagerte Verstellwelle (29) ist, die mit der Abtriebsachse des Getriebemotors (47) und mit weiteren rotatorisch wirkenden Verstellmitteln zum Antrieb der Zapfenverstelleinheit (22) und der Gewichtsverstelle.inheit (34) starr verbunden ist.

6. Rotationsmikrotom nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren rotatorischen Verstellmittel Ritzel, Schnecken oder Kegelräder sind.

7. Rotationsmikrotom nach einem der An-sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfenverstelleinheit (22) von der Verstellwelle (29) über ein Antriebskegelrad (27) angetrieben wird .

8. Rotationsmikrotom nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsverstelleinheit (34) von der Verstellwelle (29) über eine Gewichtsverstellschnecke (35) angetrieben wird.

9. Rotationsmikrotom nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsverstelleinheit (34) von der Verstellwelle (29) über ein Ritzel (43) angetrieben wird.

10. Rotationsmikrotom nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfenverstelleinheit (22) besteht aus einer Schlittenführung (23), einem Verstellschlitten (24) in dem der Kurbelzapfen (18) befestigt ist und der über ein Muttergewinde durch Drehung der

Verstellspindel (25) verschieblich ist, wobei die Verstellspindel (25) in zwei Stützlagern (26) lagert, die mit dem Grundkörper der Schlittenführung verbunden sind und wobei sich auf der Verstellspindel (25) ein Abtriebskegelrad (28) befindet, das mit dem Antriebskegelrad (27) in Eingriff ist.

11. Rotationsmikrotom nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsverstelleinheit (34) besteht aus:

- einer Schubstange (40), die das Verstellgewicht (31 ) in der Führung (32) des

Verstellgewichts verschiebt,

einem Treibhebel (39)

- einer Treibwelle (38), die in Lagerböcken (37) lagert, mit einem damit verbundenen

- Schneckenrad Gewichtsverstellung (36) ,

das durch die Öffnung in der Mantelfläche der Antriebswelle ( 2) mit der Gewichtsverstellschnecke (38) in Eingriff ist.

12. Rotationsmikrotom nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsverstelleinheit (34) besteht aus einer Zahnstange (44), die mit dem Verstellgewicht (31 ) verbunden ist und die durch die Öffnung in der Mantelfläche der Antriebswelle (12) mit dem Ritzel (43) in Eingriff ist.