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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Friktionsbremse für eine relativ
zu einem Lager drehbar gelagerte Achse sowie ein Stativ, insbesondere
ein Stativ für
ein Operationsmikroskop, mit einer derartigen Bremse.
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Ein
Stativ, beispielsweise ein Stativ für ein Operationsmikroskop,
soll den unterschiedlichsten Anforderungen genügen. Einerseits soll ein vom
dem Stativ gehaltener Gegenstand, im erwähnten Beispiel etwa das Operationsmikroskop,
möglichst
widerstandsfrei positioniert werden können. Andererseits soll der
einmal positionierte Gegenstand sicher in seiner Position gehalten
werden. Aufgrund von Lastwechseln können jedoch Drehmomente am
Stativ auftreten, die zu einem Driften von drehbar gelagerten Stativelementen
um ihre Drehachse führen
und so einem sicheren Halten entgegen wirken können. Beispielsweise kann ein
Tubuswechsel bei einem Operationsmikroskop einen derartigen Drift
an den Mikroskoparmen hervorrufen. Zum Unterbinden des Drifts weisen
Stative daher Bremsen auf, die lediglich dann gelöst werden,
wenn eine Umpositionierung des gehaltenen Gegenstandes vorgenommen
werden soll.
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Bremsen
zum Verhindern unerwünschter Drehungen
in einem Drehgelenk sind beispielsweise in
DE 101 44 033 A1 beschrieben.
Eine der darin beschriebenen Bremsen ist als sog. "Klemmrollen-Freilaufbremse" für einen
Mikroskoptubus ausgeführt. Zwischen
einer Drehachse und einer V-förmig
gestalteten Innenflächen
eines die Drehachse des Außenrohres
sind Rollen angeordnet, deren Achsen parallel zur Drehachse verlaufen.
Aufgrund der V-förmigen Ausgestaltung
der Innenfläche
existiert eine engste Stelle zwischen der Drehachse und dieser Innenfläche, in
deren Bereich der Abstand zwischen Innenfläche und Drehachse geringer
ist als der Durchmesser der Rollen. Wenn das Drehgelenk gebremst
werden soll, werden die Rollen mittels Federkraft in diese Engstelle
gepresst, so dass sie eine Relativbewegung zwischen der Drehachse
und dem Außenrohr unterbinden.
Zum Lösen
der Bremse ist eine Mechanik vorhanden, mit der die Rollen gegen
die Federkraft aus der Engstelle herausgedrückt werden können.
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Die
zweite in
DE 101 44
033 A1 beschriebene Bremse, die ebenfalls in einem Mikroskoptubus zum
Einsatz kommt, weist eine Anzahl in Axialrichtung einer Drehachse
schwimmend gelagerter ringförmiger
Lamellen auf, die mit Reibbelägen
beschichtet sind und sich in radialer Richtung zur Drehachse erstrecken.
In Axialrichtung der Drehachse aufeinanderfolgende Lamellen greifen
im Wechsel über
Mitnehmer in das Innenrohr bzw. das Außenrohr des Drehgelenks ein.
Der Eingriff ist dabei in azimutaler Richtung, also bezüglich der
Drehungen um die jeweilige Rohrachse, nahezu spielfrei, während die
Lamellen in Richtung der jeweiligen Rohrachse Spiel aufweisen. Das
Lamellenpaket ist in Axialrichtung des Drehgelenkes durch zwei Ringscheiben
begrenzt, von denen die eine schwimmend am Außenrohr und die andere schwimmend
am Innenrohr des Drehgelenks gelagert ist. Durch Druck auf die Ringscheiben
können
die Lamellen des Lamellenpaketes zusammengedrückt werden, wodurch die Bremswirkung
erzielt wird.
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Die
beiden in
DE 101 44
033 A1 beschriebenen Bremsen sind in ihrem Aufbau relativ
komplex und erfordern daher einen relativ hohen Herstellungsaufwand.
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Eine
weitere Bremse ist in
DE
202 18 693 U1 beschrieben. Diese Bremse weist einen eine
Drehachse umgebenden Flansch mit darin eingeschraubtem Stutzen auf.
Der Stutzen ist in seinem Inneren mit einem Bolzen ausgestattet,
welcher mit einer Bremsbacke versehen ist. Die Bremsbacke weist eine
gekrümmte
Fläche
auf, deren Radius an den Radius der rohrförmigen Drehachse angepasst
ist. Durch Einschrauben eines Gewindestiftes kann eine Kraft auf
den Bolzen ausgeübt
werden, welche die Bremsbacke an die rohrförmige Drehachse drückt. Diese
Bremse weist gegenüber
den in
DE 101 44 033 A1 beschriebenen
Bremsen einen einfacheren Aufbau auf. Im Unterschied zu den in
DE 101 44 033 A1 beschriebenen
Bremsen wirkt die Bremskraft jedoch lediglich auf einen relativ
kleinen Umfangsabschnitt der Drehachse ein.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Friktionsbremse für eine relativ
zu einem Lager drehbar gelagerte Achse zur Verfügung zu stellen, die einen
einfachen Aufbau aufweist und eine Verteilung der Bremskraft auf
einen relativ großen
Umfangsabschnitt der Drehachse ermöglicht. Außerdem ist es eine Aufgabe
der Erfindung, ein verbessertes Stativ, insbesondere für ein Operationsmikroskop, mit
wenigstens einem Drehgelenk zur Verfügung zu stellen.
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Die
erste Aufgabe wird durch eine Friktionsbremse nach Anspruch 1 gelöst, die
zweite Aufgabe durch ein Stativ nach Anspruch 8. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Eine
erfindungsgemäße Friktionsbremse zum
Bremsen einer relativ zu einem Lager drehbar gelagerten Achse umfasst
ein im Lager angeordnetes Druckelement, das zum Erzeugen eines lokalen Druckes
in Radialrichtung der Achse ausgebildet ist. Zwischen der Achse
und dem Druckelement ist eine gummielastisch verformbare Masse derart
die Achse umgebend angeordnet, dass der vom Druckelement erzeugte
Druck auf die gummielastische Masse einwirkt und von dieser auf
die Achse übertragen
wird. Als gummielastische Masse kann insbesondere ein Elastomer,
also ein gummielastischer Polymerkwerkstoff wie etwa Silikon, Verwendung
finden. Die gummielastische Masse kann die Achse über einen
Teil ihres Umfangs umgeben. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn sie
die Achse vollumfänglich
umgibt.
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Wenn
das Druckelement auf die gummielastisch verformbare Masse drückt, wird
an dieser Stelle ein Teil der Masse aus ihrer ursprünglichen
Position verdrängt.
Aufgrund der gummielastischen Eigenschaften der Masse versucht diese
sich in Bereiche, in denen das Druckelement keinen Druck ausübt, auszudehnen.
Da die Masse jedoch zwischen dem Flansch und der Drehachse angeordnet
ist, ist eine derartige Ausdehnung wenn überhaupt, so nur minimal möglich, weshalb
die Verdrängung
durch den Druck im Bereich des Druckelementes durch eine Ausdehnung
an anderer Stelle nicht oder zumindest nicht vollständig kompensiert
werden kann. Dies führt
dazu, dass der Druck in der gummielastischen Masse insgesamt erhöht wird
und diese daher mit einer aus dem Druck resultierenden Kraft auf
die Drehachse drückt.
Diese Kraft führt
zu einer erhöhten
Reibung und damit zu einem Bremsen des Gelenkes. Die gummielastischen
Eigenschaften der Masse ermöglichen
dabei eine Verteilung des lokal vom Druckelement ausgeübten Druckes über einen
großen
Bereich des Umfangs der Drehachse. Wenn die gummielastische Masse
die Achse vollumfänglich umgibt,
kann so der Druck des Druckelementes auf den gesamten Umfang der
Drehachse verteilt werden.
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Zwischen
der gummielastischen Masse und der Drehachse kann zudem eine Hülse angeordnet sein,
die auf ihrer der Drehachse zugewandten Seite mit einer Reibfläche versehen
ist. In diesem Fall wirkt der durch die gummielastische Masse vermittelte Druck
nicht unmittelbar auf die Drehachse ein sondern mittelbar über die
Hülse.
Mit dem Reibbelag kann hierbei eine besonders hohe Reibung erzielt werden,
so dass bereits mit einem relativ niedrigen Druck eine hohe Bremswirkung
erzielt werden kann.
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In
einer Ausgestaltung der Friktionsbremse ist das Druckelement als
Druckbolzen ausgebildet, der radial zur Achse verschiebbar im Lager
gelagert ist. Zudem ist eine auf den Druckbolzen derart einwirkende
Gewindespindel vorhanden, dass bei einem Drehen der Gewindespindel
eine Verschiebung des Druckbolzens in Radialrichtung der Achse erfolgt. Dies
ermöglicht
ein Erzeugen des Druckes durch Drehen der Gewindespindel. Wenn diese
beispielsweise mit einem Handgriff versehen ist, ist so ein einfaches
Betätigen
und Lösen
der Bremse, nämlich durch
Drehen der Gewindespindel, möglich.
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Die
Gewindespindel kann beispielsweise mit einem Gewinde im Lager zusammenwirken.
Der Druckbolzen und die Gewindespindel sind dann derart relativ
zueinander angeordnet, dass die Stirnseite der Gewindespindel auf
den Druckbolzen drückt,
so dass dieser durch das Drehen der Gewindespindel in Richtung auf
die Achse verschoben werden kann. In einer alternativen Ausgestaltung
weist der Druckbolzen ein Innengewinde auf, in welches das Gewinde der
Spindel eingreift. Das Innengewinde ist zum Zusammenwirken mit dem
Gewinde der Gewindespindel derart ausgebildet, dass ein Verdrehen
der Gewindespindel zur einer Verschiebung des Druckbolzens in Radialrichtung
der Achse führt.
Diese Ausgestaltung ermöglicht
es, die Gewindespindel in Radialrichtung der Achse ortsfest zu lagern,
so dass keine Verschiebung der Gewindespindel relativ zum Lager erfolgt,
wenn die Gewindespindel gedreht wird. Auf diese Weise ist auch ein
an der Gewindespindel befestigter Handgriff in radialer Richtung
ortsfest.
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Ein
erfindungsgemäßes Stativ,
welches insbesondere als ein Stativ für ein Operationsmikroskop ausgebildet
sein kann, umfasst wenigstens ein Drehgelenk, welches eine Drehachse
und ein Gelenkelement mit einem Lager für die Drehachse aufweist. Drehachse
und Gelenkelement sind relativ zueinander drehbar angeordnet. Das
Drehgelenk ist mit einer erfindungsgemäßen Friktionsbremse versehen.
Das erfindungsgemäße Stativ
weist damit eine Bremse auf, die einerseits einen relativ einfachen
Aufbau besitzt und es andererseits ermöglicht, die Bremskraft über einen
großen
Teil des Umfangs der Drehachse, insbesondere über ihren gesamten Umfang,
zu verteilen. Ein mit einer derartigen Bremse versehenes Stativ
kann daher mit geringem Aufwand hergestellt werden, ohne dass auf
eine vorteilhafte Bremswirkung verzichtet werden muss.
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Weitere
Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
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1 zeigt
ein Stativ mit einem daran befestigten Operationsmikroskop in einer
schematischen Darstellung.
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2 zeigt
die Drehachsen des Stativs und der Mikroskophalterung aus 1.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Friktionsbremse
in einem Schnitt entlang der Drehachse.
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4 zeigt
die Friktionsbremse aus 3 in einem Schnitt senkrecht
zur Drehachse.
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5 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Friktionsbremse
in einem Schnitt entlang der Drehachse.
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Ein
Stativ 1 mit einem daran befestigten Mikroskop 3,
das im Ausführungsbeispiel
ein Operationsmikroskop ist, ist in 1 dargestellt.
Das Stativ 1 ruht auf einem Stativfuß 5, an dessen Unterseite Rollen 6 vorhanden
sind, die ein Verfahren des Stativs 1 ermöglichen.
Um ein ungewolltes Verfahren des Stativs 1 zu verhindern,
besitzt der Stativfuß 5 außerdem eine
Fußbremse 7.
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Das
eigentliche Stativ 1 umfasst als Stativglieder eine höhenverstellbare
Stativsäule 8,
einen Tragarm 9, einen Federarm 10, und eine Mikroskopaufhängung 11,
welche ihrerseits ein Verbindungselement 13, einen Schwenkarm 15 und
einen Haltearm 14 umfasst. Die Freiheitsgrade, welche die
Stativglieder zum Positionieren des Operationsmikroskops 3 zur
Verfügung
stellen, sind in 2 gezeigt. Der Tragarm 9 ist
an seinem einen Ende um eine Achse A drehbar mit der Stativsäule 8 verbunden. Am
anderen Ende des Tragarms 9 ist ein Ende des Federarms 10 um
eine zur Achse A parallele Achse B drehbar befestigt, so das der
Tragarm 9 und der Federarm 10 einen Gelenkarm
bilden. Das andere Ende des Federarms 10 ist von einem
Kippmechanismus gebildet (nicht dargestellt), an dem die Mikroskopaufhängung 11 befestigt
ist und der ein Verkippen der Mikroskopaufhängung 11 um die Achse
C ermöglicht.
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Die
Mikroskopaufhängung 11,
die hier als Teil des Stativs angesehen werden soll, weist eine Drehachse
D, eine Schwenkachse E sowie eine Kippachse F auf, um die sich das
Mikroskop 3 drehen, schwenken bzw. verkippen lässt. Mit
einem Verbindungselement 13 ist die Mikroskopaufhängung 11 am äußeren Ende
des Federarms 10 um die Drehachse D drehbar befestigt.
Die Drehachse D erstreckt sich entlang des Verbindungselementes 13.
An das Verbindungselement 13 schließt sich ein Schwenkarm 15 an,
mit dessen Hilfe sich das Mikroskop 3, genauer gesagt ein
am Schwenkarm 15 angebrachter Haltearm 14, an
dem das Mikroskop 3 mittels einer Mikroskophalterung (nicht
dargestellt) befestigt ist, um die Schwenkachse E schwenken lässt. Die Schwenkachse
E erstreckt sich durch den Schwenkarm 15. Der Winkel zwischen
Schwenkarm 15 und Verbindungselement 13, d.h.
der Winkel zwischen der Schwenkachse E und der Drehachse D, kann mittels
einem zwischen dem Verbindungsteil 13 und dem Schwenkarm 15 angeordneten
Verstellmechanismus variiert werden.
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Durch
den Haltearm 14 verläuft
senkrecht zur Darstellungsebene die Kippachse F, die ein Verkippen
des Operationsmikroskops 3 ermöglicht. Das Operationsmikroskop 3 ist
mittels einer nicht dargestellten Mikroskophalterung am Haltearm 14 befestigt.
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Am
Stativ 1 sind außerdem
eine Lichtquelle 16 zur Objektbeleuchtung sowie ein Netzanschlussgerät und ein
Bedienelement 17 für
elektrische Komponenten des Mikroskops 3 und ggf. des Stativs 1 angeordnet.
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Um
ein ungewolltes Verstellen des Mikroskops 3 aus einer gewählten Position
zu verhindern, sind die Stativglieder bzw. die Gelenke zwischen
den Stativgliedern mit Bremsen versehen, welche nach dem Positionieren
des Mikroskops 3 fixiert werden. Als Bremsen sind für alle genannten
Achsen die nachfolgend mit Bezug auf die 3 bis 5 beschriebenen
Friktionsbremsen einsetzbar.
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3 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Achse 103 zusammen mit einem
die Achse 103 umgebenden Lager 105 in einem Schnitt
entlang der Achse 103.
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Ein
senkrecht zur Achse 103 verlaufender Schnitt durch die
Bremse ist in 4 gezeigt.
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Im
Lager 105 ist eine erfindungsgemäße Friktionsbremse 100 angeordnet.
Diese umfasst einen Druckbolzen 101, eine die Achse 103 umgebende
Silikonmasse 109, eine zwischen der Achse 103 und
der Silikonmasse 109 angeordnete Klemmhülse 111 sowie eine
Gewindespindel 107, an der ein Handgriff 113 befestigt
ist.
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Die
Silikonmasse 109 ist in einer Aussparung des Lagers 105 angeordnet,
die zur Achse 103 hin offen ist. Die zur Achse 103 hin
offene Seite des Lagers 105 wird durch die Klemmhülse 111 abgeschlossen, so
dass die Silikonmasse 109 spielfrei von der Klemmhülse 111 und
dem Lager 105 begrenzt wird.
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Das
Lager 105 weist weiterhin eine Bohrung 115 auf,
die zur Aussparung hin einen Abschnitt 117 mit vergrößertem Durchmesser
aufweist. In diesem Abschnitt 117 ist der Druckbolzen 101 in
Radialrichtung der Achse 103 verschiebbar angeordnet. Der Druckbolzen 101 weist
eine Sackbohrung 116 auf, die sich von der radial äußeren Stirnfläche des Druckbolzens 101 in
Richtung auf die radial innere Stirnfläche des Druckbolzens (bezogen
auf die Achse 103) erstreckt, und in die die Gewindespindel 107 hineinragt.
Die Stirnseite 108 der Gewindespindel 107 kann
dabei auf die Stirnfläche
der Sackbohrung 116 drücken.
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Die
Bohrung 115 im Lager 105 ist mit einem zum Gewinde
der Gewindespindel 107 passenden Innengewinde versehen,
so dass die Gewindespindel 107 bei Verdrehen eine Verschiebung
in Radialrichtung der Achse 103 erfährt. Wird die Gewindespindel 107 in
Richtung auf die Achse 103 in das Lager 105 hineingeschraubt,
so erfährt
der Druckbolzen 101 durch die auf ihn drückende Gewindespindel 107 eine
Verschiebung in Richtung auf die Achse 103.
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Der
Druckbolzen 101 ist mit seiner Stirnseite in der Silikonmasse
angeordnet. Wenn der Druckbolzen 101 in Richtung auf die
Achse 103 verschoben wird, wird die Silikonmasse 109 lokal
komprimiert. Da die Silikonmasse in der Aussparung des Lagers 105 spielfrei
oder wenigstens weitgehend spielfrei angeordnet ist, kann sie sich
nicht an anderer Stelle ausdehnen, was zu einer Druckerhöhung in
der Silikonmasse 109 führt.
Aufgrund der gummielastischen Eigenschaften der Silikonmasse wird
dieser Druck über die
Silikonmasse 109 verteilt.
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Die
Klemmhülse 111 weist
vier in Axialrichtung der Achse 103 verlaufende Schlitze 112a bis 112d auf
(vgl. 4) und ist aus einem federelastischen Material
hergestellt. Sie ist über
einen Flansch 118 mit einer Befestigungsschraube 119 mechanisch mit
dem Lager fest verbunden. Zudem kann die der Achse 103 zugewandte
Seite der Klemmhülse 111 mit
einem Reibbelag versehen sein. Abweichend von der dargestellten
Ausführungsform
kann die Klemmhülse 111 statt
mit vier Schlitzen 112a bis 112d auch mit einem,
zwei oder drei Schlitzen ausgestattet sein. Als weitere Alternativen
sind aber auch Ausführungsformen
mit mehr als vier Schlitzen möglich.
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Der
in der Silikonmasse 109 aufgebaute Druck wird auf die federelastische
Klemmhülse 111 übertragen,
welche dadurch an die Achse 103 angedrückt wird und eine bremsende
Reibung erzeugt. Die Kraft, mit der die Klemmhülse 111 an die Achse 103 angedrückt wird,
hängt dabei
vom Druck in der Silikonmasse 109 ab, welcher wiederum
davon abhängt,
wie weit der Druckbolzen 101 in die Silikonmasse 109 hineingedrückt ist.
Mittels des Haltegriffes 113 kann daher eingestellt werden,
wie viel Drehmoment an der Achse 103 anliegen muss, damit
die Bremswirkung der Reibung überwinden
wird.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
für die
erfindungsgemäße Friktionsbremse
ist in 5 in einem Schnitt entlang der Achse 103 dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich vom in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel lediglich
dadurch, dass zwischen der Silikonmasse 109 und der Achse 103 keine
Klemmhülse
angeordnet ist. Im Übrigen
entspricht die zweite Ausführungsform
der Friktionsbremse der in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsform.
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In
den beschriebenen Ausführungsformen
ist das Lager 105 mit einem Innengewinde versehen, so dass
sich die Gewindespindel 107 relativ zum Lager 105 verschiebt,
wenn sie mittels des Handgriffes 113 gedreht wird. Alternativ
ist es auch möglich,
die Sackbohrung des Druckbolzens 101 mit einem Innengewinde
zu versehen und die Bohrung 115 lediglich als Lager für die Gewindespindel 107 auszubilden.
In diesem Fall verschiebt sich bei einem Drehen der Gewindespindel 107 der
Druckbolzen 101 relativ zur Gewindespindel 107.
Die Gewindespindel 107 bleibt dabei relativ zum Lager 105 in
Radialrichtung der Achse 103 gesehen ortsfest.
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Weiterhin
braucht die Gewindespindel 107 auch nicht notwendigerweise
mit einem Handgriff 113 betätigt zu werden. Alternativ
ist es auch möglich,
einen Elektromotor zum Verdrehen der Gewindespindel 107 einzusetzen.
Dies bietet die Möglichkeit
im Vergleich zu einer Handbetätigung
der Gewindespindel 107 eine gleichmäßigere Drehung zu erzielen.
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Insbesondere
wenn ein Elektromotor zum Verdrehen der Gewindespindel 107 eingesetzt
wird, können
auch mehrere Gewindespindeln mit auf die Silikonmasse 109 einwirkenden
Druckbolzen 101 im Lager 105 angeordnet sein.
Bei einem Handbetrieb der Gewindespindel 107 bietet es
sich jedoch an, lediglich eine Gewindespindel 107 und einen
Druckbolzen 101 vorzusehen, da sonst das Fixieren und Lösen der
Bremse mit lediglich einer Hand erschwert ist.
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- 1
- Stativ
- 3
- Mikroskop
- 5
- Stativfuß
- 6
- Rollen
- 7
- Fußbremse
- 8
- Stativsäule
- 9
- Tragarm
- 10
- Federarm
- 11
- Mikroskopaufhängung
- 13
- Verbindungselement
- 14
- Haltearm
- 15
- Schwenkarm
- 100
- Friktionsbremse
- 101
- Druckbolzen
- 103
- Achse
- 105
- Lager
- 107
- Gewindespindel
- 108
- Stirnseite
- 109
- Silikonmasse
- 111
- Klemmhülse
- 112
- Schlitz
- 113
- Handgriff
- 115
- Bohrung
- 116
- Sackbohrung
- 117
- verbreiterter
Abschnitt
- 118
- Flansch
- 119
- Befestigungsschraube
- A
- Achse
- B
- Achse
- C
- Achse
- D
- Achse
- E
- Achse
- F
- Achse