-
Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Transportieren von Racks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Derartige Vorrichtungen werden insbesondere bei Systemen verwendet, in denen eingefärbte Präparate bzw. Gewebeproben, wie ein histologischer Schnitt, auf Objektträgern mit einem Deckglas versehen werden, um später unter einem Mikroskop analysiert zu werden. Das Einfärben der Präparate findet in Färbeautomaten statt, in denen die Objektträger mit den Gewebeproben in Racks bzw. Objektträgerhaltern einsortiert und zusammen mit diesen in Färbebehälter eingetaucht werden. Während dieses Prozesses sind die Objektträger vertikal nebeneinander in dem horizontal ausgerichteten Rack angeordnet. Verwendung finden dabei vor allem Racks, bei denen ein Rackkorb an einem schwenkbaren Bügel aufgehängt ist, an dem das Rack durch eine Greif- bzw. Transportvorrichtung ergriffen und transportiert werden kann. Dieser Bügel dient auch als Schließmechanismus, der ein ungewolltes Entfernen der Objektträger aus dem Rack verhindert. Nach dem Färben wird das Rack an einen Eindeckautomaten übergeben, wo der Eindeckprozess stattfindet.
-
Vor dem Eindecken werden die Objektträger in der Regel zunächst in Eingangsküvetten mit Lösungsmittel (Xylol) eingelagert, um ein besseres Fließverhalten des bei der Eindeckung verwendeten Eindeckmittels sicherzustellen. Anschließend wird das Rack mit den Objektträgern zu einer Eindeckstraße transportiert, wo zunächst das Eindeckmittel, ein Kleber oder Ähnliches, auf den Objektträger appliziert und anschließend das Deckglas aufgelegt wird, um die Gewebeprobe zu verschließen. Um ein Ablaufen des Eindeckmittels von den Objektträgern zu verhindern, muss der Objektträger horizontal ausgerichtet werden. Dazu wird das gesamte Rack verschwenkt, wodurch die Objektträger ebenfalls gekippt und horizontal ausgerichtet werden (sogenannte Rackprozessierung). Anschließend kann das Rack durch eine Greif- und Transportvorrichtung zu einer Eindeckstraße gebracht und der Eindeckprozess gestartet werden.
-
Aus der
DE 101 44 041 A1 ist eine Transportvorrichtung bekannt, die ein Rack von einem Färbeautomaten zu einem Eindeckautomaten verfährt und das Rack in den Eindeckautomaten absenkt. Dort wird das Rack zusammen mit den Objektträgern in eine Wanne mit Lösungsmitteln abgesenkt. Der Eindeckautomat detektiert das Rack und startet den Eindeckvorgang. Nachdem alle Objektträger eingedeckt und in eigenen Ausgabe-Racks im Eindeckautomaten abgelegt wurden, wird das leere Rack abtransportiert. Die Transportvorrichtung ist aus einer zur Rückwand der Ladestation parallelen Schiene aufgebaut, an der ein Greifer für die Racks senkrecht und parallel zur Schiene verfahrbar ist. Der Greifer weist eine Nut auf, die in einen Winkel des Racks einrastet, wodurch das Rack nur auf einer Seite gehalten wird.
-
Eine andere Transporteinrichtung zur Handhabung von in einem Rack angeordneten Objektträgern ist in der
DE 100 41 230 A1 beschrieben und dient der Beschickung von Racks in, bzw. der Entnahme von Racks aus einer Bearbeitungsstation sowie deren Weitergabe an eine nachgeschaltete Vorrichtung. Die Transporteinrichtung ist als Roboterarm mit einem endseitigen Greifer ausgeführt, wobei die Roboterarme aus mehreren Teilarmen bestehen und an einer Vertikalachse höhenverstellbar und drehbar angeordnet sind. Die Transportvorrichtung ergreift die Racks, hebt sie an und transportiert diese zur nächsten Station. Die Funktion der Greifvorrichtung ist hierbei auf das Anheben und den Weitertransport der Racks beschränkt. Für die Rackprozessierung ist diese Vorrichtung jedoch ungeeignet und kann bei Eindeckautomaten, bei denen das gesamte Rack verschwenkt und dann der Eindeckstraße zugeführt wird, nicht verwendet werden. Stattdessen wäre eine zusätzliche, speziell auf das gewendete Rack zugeschnittene Greifvorrichtung von Nöten, was einen erweiterten Aufwand und eine höhere Komplexität des gesamten Systems mit sich bringt.
-
Der aus der
DE 691 14 398 T2 bekannte Robotergreifer umfasst eine Basis, von welcher zwei Finger und ein Daumen vorstehen. Der Daumen ist schwenkbar an der Basis befestigt und kann um zwei Achsen verschwenken. Eine Spitze am freien Ende des Daumens kann durch die Beweglichkeit des Daumens mit einem feststehenden Indexfinger und einem beweglichen Finger in Kontakt gebracht werden. Der bewegliche Finger ist schwenkbar in dem Mittelabschnitt des feststehenden Fingers befestigt, um lateral weg vom oder zum Indexfinger hin bewegt zu werden. Wenn der Daumen und der bewegliche Finger zueinander bewegt werden, tritt die Spitze des freien Endes des beweglichen Fingers in Kontakt mit der Unterseite der Spitze des Daumens, um Objekte dazwischen zu halten.
-
In der
DE 602 10 946 T2 ist ein Greifmechanismus zum Ergreifen von Probenplatten beschrieben. Der Greifmechanismus ist mit einem Ausleger verbunden, der vertikal und horizontal verfahrbar ist, um den Greifmechanismus in verschieden Positionen auszurichten. Zwei Greifarme umfassen jeweils ein Schwenkelement, welches sich bei Kontakt mit Gegenständen ausrichtet. Die Greifarme sind lateral verfahrbar, so dass sie entlang einer
X-Achse zueinander aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden können.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Greifvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei Färbe- und Eindeckautomaten vielfältig einsetzbar ist und zu einer Reduzierung der Herstellungskosten beiträgt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Auf diese Weise können die Funktionen mehrerer Transportvorrichtungen mit unterschiedlichen Greifelementen vorteilhaft in einer Transportvorrichtung mit nur einer Greifvorrichtung integriert werden. Das zweite Profil ist dabei so ausgebildet, dass ein horizontal ausgerichtetes Rack beispielsweise an seinem Rackbügel ergriffen und transportiert werden kann, wie es häufig in Färbeautomaten verlangt wird, bei denen das gesamte Rack in einen Färbebehälter eingetaucht wird. Das erste Profil ist zum Ergreifen des vertikal ausgerichteten Racks ausgebildet, wodurch dieses zu speziellen Bearbeitungsstationen des Eindeckautomaten gebracht oder in diese eingeschoben werden kann. Durch die Möglichkeit, das Rack an verschiedenen Positionen zu ergreifen, kann den unterschiedlichsten Anforderungen hinsichtlich des Transports in Färbe- und Eindeckautomaten entsprochen werden. Statt einer Vielzahl unterschiedlicher Transportsysteme mit unterschiedlich ausgebildeten Greifern, kann eine einzige Transportvorrichtung universell eingesetzt werden. So kann das Rack von einem Färbeautomaten kommend zunächst zu einem Eindeckautomaten transportiert und an geeigneter Stelle im Eindeckautomaten abgesetzt werden. Für den nachfolgenden Eindeckprozess kann das Rack mittels einer separaten Schwenkeinheit verschwenkt werden, um die Objektträger horizontal auszurichten. Mit der gleichen Greifvorrichtung kann das Rack dann einer Eindeckstraße zugeführt werden. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung senkt die Herstellungskosten entsprechender Automaten erheblich.
-
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das zweite Profil zum Greifen eines Rackbügels ausgebildet ist. Das ermöglicht ein hohes Maß an Transportsicherheit und erleichtert den Transport der Racks, wenn diese in den Automaten eingebracht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste Profil zum Greifen des Rackkorbs ausgebildet, wobei das erste Profil zweckmäßigerweise an das Außenprofil des Rackkorbs angepasst ist.
-
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung, sind die Greifschenkel mit einem translatorisch verschiebbaren Verschiebeelement verbunden, so dass die Greifschenkel durch eine translatorische Bewegung des Verschiebeelementes geöffnet und geschlossen werden. Die Greifvorrichtung kann auf diese Weise klein und kompakt bei einem einfachen Aufbau gestaltet werden. Auch können große Greifkräfte bei kleinen Betätigungskräften umgesetzt werden. Entsprechend klein fällt die Dimensionierung des Antriebs aus.
-
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann das Verschiebeelement eine auf eine Gewindespindel geschraubte konische Gewindemutter sein, wobei die Gewindemutter translatorisch beweglich aber rotatorisch unbeweglich in der Greifvorrichtung geführt ist, so dass eine rotatorische Bewegung der Gewindespindel eine translatorische Bewegung der Gewindemutter bewirkt. Während andere Vorrichtungen für große Greifkräfte entsprechend groß dimensionierte motorische oder pneumatische Antriebe benötigen, kann der erfindungsgemäße Antriebsmechanismus bei geringem Aufwand und geringeren Bauraum große Kräfte bewirken.
-
Vorteilhafterweise dient ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Antrieb zum Verschieben des Verschiebeelementes. So kann beispielsweise ein rotatorischer Antrieb für die Gewindespindel Verwendung finden. Den Anforderungen nach geringen Bauraum bei großen Greifkräften wird so entsprochen.
-
Um die Betätigungskräfte möglichst gering zu halten, ist vorgesehen, dass ein vorgespanntes Federelement die Greifschenkel in Schließ- oder Öffnungsposition hält. Als ein solches Federelement kann beispielsweise eine Zugfeder, eine Druckfeder oder dergleichen dienen, so dass die aufzuwendenden Betätigungskräfte nur in eine Richtung wirken müssen.
-
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Gewindesteigung der Gewindespindel derart gewählt ist, dass das Verhältnis zwischen Antriebskraft und Spreizkraft ungefähr 0,2 beträgt.
-
Um das Ergreifen und Transportieren des Racks besonders sicher zu machen, sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass ein Sensor, vorzugsweise ein induktiver Analogsensor zur Positionserkennung des Verschiebeelements oder der Greifschenkel vorgesehen ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
-
Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung mit einem in horizontaler Lage angeordneten Rack,
- 2 eine 1 entsprechende Ansicht der Greifvorrichtung mit einem in vertikaler Lage angeordneten Rack,
- 3 eine detaillierte perspektivische Ansicht der Greifvorrichtung gemäß 1,
- 4 a-c eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte Greifvorrichtung in drei verschiedenen Schließstellungen und
- 5 eine vergrößerte Detailansicht des Abschnitts X in 3.
-
Die in 1 dargestellte Greifvorrichtung 1 weist zwei Greifschenkel 2 auf, mit der sie ein Rack 3, in dem Objektträger 4 vertikal nebeneinander eingeschoben sind, hält. Das Rack 3 besitzt einen Rackbügel 5, an dem ein Rackkorb 6 des Racks 3 angehängt ist. Die vorderen Enden der Greifschenkel 2 sind als Greifabschnitte 7 ausgebildet, die den Bügel 5 ergreifen. Mittels des Bügels 5 kann eine nicht dargestellte Transporteinrichtung, an die die Greifvorrichtung 1 angeschlossen ist, das Rack 3 transportieren. Der Transport des in der 1 horizontal ausgerichteten Racks kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn das Rack innerhalb eines Färbeautomaten transportiert wird, oder wenn das Rack in einem Eindeckautomaten in Eingangsküvetten abgesenkt und aus diesem entnommen wird, da die vertikale Ausrichtung der Objektträger 4 in dem Rack 3 den bestmöglichen Abfluss des Färbemittels an der Gewebeprobe sicherstellt.
-
Vor einem Eindeckprozess muss das Rack 3 jedoch verschwenkt werden, damit die Objektträger 4 horizontal ausgerichtet sind. Wie die 2 zeigt, kann die Greifvorrichtung 1 auch ein verschwenktes Rack 3 ergreifen. In diesem Fall halten die Greifabschnitte 7 das Rack 3 am Rackkorb 6 fest.
-
Eine detailliertere Darstellung der Greifvorrichtung 1 zeigt die 3. Als Antrieb für die Greifvorrichtung dient ein Schrittmotor 8, an den eine Gewindespindel 9 mit einem nicht dargestellten Außengewinde angeschlossen ist. Eine zu dem Außengewinde der Gewindespindel 9 passende konische Gewindemutter 10 ist auf die Gewindespindel 9 aufgeschraubt. Die Gewindemutter 10 ist in einem Führungsabschnitt 11 zwar translatorisch beweglich, in der Greifvorrichtung aber rotatorisch unbeweglich geführt. Durch Drehen der Gewindespindel 9 mittels des Schrittmotors 8 schraubt sich die Gewindemutter 10 in Folge des Gewindeeingriffs mit der Gewindespindel 9 entlang dieser in translatorischer Richtung. Je nach Drehrichtung entfernt sich dabei die Gewindemutter 10 von dem Schrittmotor 8 oder wandert auf diesen zu.
-
Die Gewindemutter 10 weist auf ihrer Innenseite einen Konusabschnitt 12 auf, der sich in Richtung der Greifabschnitte 7 verjüngt. Der Konusabschnitt 12 wirkt mit zwei Kugellagern 13 zusammen, die auf den Greifschenkeln 2 montiert sind. Die Kugellager 13 sind jeweils an der von dem Greifabschnitt 7 abgewandten Seite der Greifschenkel 2 angeordnet. Wie die 4a bis 4c zeigen, können die Greifschenkel 2 um einen Drehpunkt 14 schwenken. Wenn die Gewindemutter 10 verschoben wird, wirkt der Konusabschnitt 12 mit den Kugellagern 13 zusammen. Bewegt sich die Gewindemutter 10 nach hinten, bzw. in Richtung des Schrittmotors 8 drückt der Konusabschnitt 12 die Kugellager 13 nach innen, wodurch der hintere Abschnitt der Greifschenkel 2 ebenfalls nach innen gedrängt wird. Dabei schwenken die Greifschenkel 2 um den Drehpunkt 14, was dazu führt, dass die Greifabschnitte 7 der Greifschenkel 2 sich voneinander entfernen, was in der 4a dargestellt ist.
-
Die in 4a gezeigte Stellung zeigt die Greifvorrichtung in einer Öffnungsposition, in der sie bereit ist, ein Rack zu ergreifen. Das Rack kann dabei horizontal oder vertikal ausgerichtet sein. Als Verdrehsicherung bzw. für eine synchronisierte Bewegung der Greifschenkel 2 sorgt ein verzahntes Segment 15.
-
Zum Schließen der Greifvorrichtung wird die Gewindespindel 9 in die entgegengesetzte Richtung gedreht, wodurch sich die Gewindemutter 10 entlang der Gewindespindel 9 nach vorne bzw. vom Antrieb 8 weg bewegt. Dies ist in den 4b bis 4c dargestellt. Der Konusabschnitt 12 wird dabei mit der Gewindemutter 10 nach vorne verschoben, wodurch die Kugellager 13 wieder in die Lage versetzt werden, nach außen zu wandern. Zwischen den Greifschenkeln 2 ist eine Druckfeder 16 angeordnet, die die Endabschnitte der Greifschenkel 2 mit den Kugellagern 13 nach außen drängt. Über den Drehpunkt 14 wirkt die Druckfeder auch nach Art eines Hebels, so dass die Greifabschnitte 7 zusammengedrückt werden. Das Aufbringen der zwischen den Greifabschnitten 7 und dem Rack 3 wirkenden Normalkräfte erfolgt ausschließlich über die Druckfeder 16. Der aus Schrittmotor 8, Gewindespindel 9 und Gewindemutter 10 zusammengesetzte Antriebsmechanismus ist somit in erster Linie für das Verstellen der Öffnungs- und Schließposition und das Aufbringen der Kraft für den Öffnungsvorgang erforderlich. Der gesamte Energieaufwand, der im Betrieb notwendig ist, kann entsprechend gering gehalten werden. Die Konusmutter 10 ist derart ausgelegt, dass sie eine fünffache Übersetzung ermöglicht, was bedeutet, dass das Verhältnis zwischen Antriebskraft und Spreizkraft ungefähr 0,2 beträgt. So kann trotz einer großen Schließkraft der Greifer mit geringen Betätigungskräften geöffnet werden.
-
In der 5 sind die speziell profilierten: Greifabschnitte der Greifschenkel 2 aus dem Ausschnitt X der 3 im Detail dargestellt. Die vorderen Greifabschnitte 7 der Greifschenkel 2 weisen erste Profile 17 und zweite Profile 18 auf. Das erste Profil 17 verläuft im Wesentlichen quer zum Greifschenkel 2 und besteht aus zwei muldenförmigen Ausnehmungen. Das erste Profil 17 ist dabei an das Außenprofil des Rackkorbs 6 angepasst und kann diesen, wie die 2 zeigt, seitlich ergreifen.
-
Das zweite Profil 18 ist eine im Wesentlichen parallel zum Greifschenkel 2 verlaufende Einbuchtung, die schräg zur Längsachse der Greifschenkel 2 verläuft. Wie die 1 zeigt, dient das zweite Profil 18 dem Ergreifen des Rackbügels 5, wobei es die geringere Breite des Rackbügels 5 notwendig macht, die Greifschenkel 2 näher zueinander zu verfahren, weshalb die Greifschenkel 2 schräg zueinander stehen. Der schräge Verlauf der zweiten Profile 18 in den Greifschenkeln 2 hat jedoch zur Folge, dass die zweiten Profile 18 in der in 1 dargestellten Greifposition parallel zueinander verlaufen und der Rackbügel sicher festgehalten werden kann. Das zweite Profil 18 ist separat zum ersten Profil 17 vorgesehen, was bedeutet, dass das zweite Profil 18 keine Funktion übernimmt, wenn das erste Profil 17 am Rackkorb 6 angreift. Es ist jedoch möglich, das zweite Profil 18 derart auszubilden, dass es eine Sicherungsfunktion mit Hinblick auf ein mögliches Verrutschen des ergriffenen Rackkorbs 6 ausübt und verhindert, dass dieser nach unten durchrutscht.
-
Ein induktiver Analogsensor 19 erfasst während des Greifvorgangs die Position der Gewindemutter 10 und ermöglicht eine optimale Steuerung der Greifvorrichtung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Greifvorrichtung
- 2
- Greifschenkel
- 3
- Rack
- 4
- Objektträger
- 5
- Rackbügel
- 6
- Rackkorb
- 7
- Greifabschnitte
- 8
- Schrittmotor
- 9
- Gewindespindel
- 10
- Gewindemutter
- 11
- Führungsabschnitt
- 12
- Konusabschnitt
- 13
- Kugellager
- 14
- Drehpunkt
- 15
- verzahntes Segment
- 16
- Druckfeder
- 17
- erstes Profil
- 18
- zweites Profil
- 19
- induktiver Analogsensor
