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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Produktionseinrichtung, insbesondere für die Pharmaindustrie.
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Derartige Produktionseinrichtungen, mit welchen unterschiedlichste Verarbeitungsvorgänge an entsprechenden Produkten ausgeführt werden können, weisen in der Regel aufgrund ihrer Handhabung von gefährlichen oder empfindlichen Substanzen eine Barriere zwischen ihrer Umwelt und beispielsweise menschlichen Bedienern und den zu bearbeitenden Produkten auf. Typischerweise sind derartige Barrieren als Isolatorgehäuse mit Handschuheingriffen ausgebildet, mit deren Hilfe die angesprochenen menschlichen Bediener verschiedene Tätigkeiten innerhalb des Isolatorgehäuses ausführen können.
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Hierbei stellen im Fall der Verarbeitung von aseptischen Produkten Eingriffe von außen, d.h. unter anderem durch die menschlichen Bediener, die größte Gefahrenquelle für Verunreinigungen während der aseptischen Produktion dar. Andererseits ist auch bei der Verarbeitung von toxischen Produkten in jedem Fall für eine Barriere zwischen menschlichen Bedienern und den Produkten zu sorgen, wobei hier in der Regel ferner ein Unterdruck in dem entsprechenden Isolatorgehäuse mit Handschuheingriffen vorgesehen wird, so dass auch bei einer Leckage das Austreten von potentiell toxischen Substanzen minimiert oder ganz verhindert werden kann. In jedem Fall sind ausreichende Maßnahmen zu treffen, um den menschlichen Bediener bei der Verarbeitung von toxischen Stoffen vor diesen zu schützen.
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Die Komplexität von modernen Produktionseinrichtungen, insbesondere in der Pharmaindustrie, wie beispielsweise Füllmaschinen, sorgt für das Vorliegen von zahlreichen möglichen Fehlerquellen an vielen Stellen derartiger Produktionseinrichtungen. Andererseits lassen jedoch wiederkehrende Arbeitsschritte, wie beispielsweise der Wechsel von Petrischalen (Keimsammler) oder Vorgänge des sogenannten „Aseptic Assembly“ beim Produktionsstart bisher nicht zu, auf das Vorsehen von Handschuheingriffen zum Bedienereingriff zu verzichten, da für eine erfolgreiche Produktion regelmäßig in den Innenraum des Isolatorgehäuses eingegriffen werden muss, um dort routinemäßige oder außerplanmäßige Handlungen vorzunehmen.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte derartige Produktionseinrichtung bereitzustellen, in der die größte Kontaminationsquelle für die in dem Isolatorgehäuse befindlichen Produkte einerseits und die größte Gefährdungsquelle für menschliche Bediener außerhalb des Isolatorgehäuses andererseits eliminiert wird und die dennoch einen wenigstens gleichbleibend zuverlässigen Betrieb verglichen mit den oben diskutierten Einrichtungen aus dem Stand der Technik erlaubt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe umfasst die erfindungsgemäße Produktionseinrichtung ein Isolatorgehäuse, welches dazu eingerichtet ist, funktionelle Komponenten der Produktionseinrichtung und Produkte in ihrem Innenraum aufzunehmen und hermetisch gegen die Umgebung abzuschirmen, wenigstens einen Roboter, welcher in dem Isolatorgehäuse aufgenommen und dazu betreibbar ist, vorbestimmte Aufgaben durchzuführen und/oder mittels einer Fernsteuerung fernsteuerbar ist, wenigstens eine Linearbewegungseinheit, welche in dem Isolatorgehäuse aufgenommen und dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Roboter entlang einer linearen Bewegungsachse zu verlagern, und wenigstens eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Verlagerung und/oder den Betrieb des wenigstens einen Roboters zu steuern.
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Indem somit erfindungsgemäß ein linear verlagerbarer Roboter innerhalb des Isolatorgehäuses vorgesehen wird, kann auf die oben beschriebenen Handschuheingriffe in das Isolatorgehäuse hinein vollständig verzichtet werden, wodurch nicht nur die hermetische Abschirmung des Innenraums des Isolatorgehäuses gegenüber seiner Umgebung und somit die Verhinderung von Kontamination verbessert werden kann, sondern ebenfalls eine bessere Sicht in das Isolatorgehäuse hinein im Betrieb der Produktionseinrichtung erzielt werden kann, da keine Verdeckung durch Handschuhe mehr vorliegen wird.
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Weiterhin wird auch die strukturelle Integrität des Isolatorgehäuses verbessert, da die Schwächung des Gehäuses durch das Vorsehen von Ringen für die Handschuheingriffe beseitigt werden kann, was ebenfalls für dort vorzusehende Schutzdeckel oder Laserscanner gilt.
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Erfindungsgemäß kann eine einzelne Steuereinheit in der Produktionseinrichtung vorgesehen sein, welche sowohl die Verlagerung als auch den Betrieb des wenigstens einen Roboters in einer koordinierten Weise steuert. Alternativ könnten auch getrennte Steuereinheiten für die Linearbewegungseinheit und den Roboter vorgesehen sein, die miteinander betriebsmäßig gekoppelt sind. In einer weiteren Ausführungsform könnte die Steuereinheit durch eine Steuereinrichtung einer übergeordneten Baueinheit zur Steuerung eines komplexeren Gesamtprozesses gebildet sein, die zusätzlich zu ihren anderen Aufgaben auch noch die Steuerung der Verlagerung und des Betriebs des Roboters übernimmt, was eine verbesserte Integration dieser Komponenten in den gesamten Produktionsbetrieb ermöglichen kann. In jedem Fall kann die Steuereinheit an sich bekannte Vorrichtungen, wie beispielsweise Mikroprozessoren oder Mikrocontroller und zugeordnete Speichereinheiten sowie geeignete Kommunikationsmittel, umfassen.
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In einer Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Produktionseinrichtung ferner eine Zirkulationsvorrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, eine Luftzirkulation innerhalb des Isolatorgehäuses hervorzurufen, wobei die Zirkulationsvorrichtung vorzugsweise eine Filtereinheit umfassen kann.
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Hierbei kann durch den Verzicht auf Handschuheingriffe eine verbesserte Zirkulation innerhalb des Isolatorgehäuses erzielt werden, und es können beispielsweise Doppelscheiben in der Zirkulationsvorrichtung zum Einsatz kommen.
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Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Produktionseinrichtung eine Druckregulierungsvorrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, den Innendruck innerhalb des Isolatorgehäuses bezüglich des Umgebungsdrucks anzupassen. Je nach Beschaffenheit der Produktionseinrichtung und insbesondere der darin zu verarbeitenden Produkte kann hierbei sowohl ein gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhter als auch ein verringerter Innendruck wünschenswert sein und eingestellt werden, entweder um das Eindringen von Verschmutzung in das Isolatorgehäuse zu verhindern oder das Austreten von toxischen Stoffen aus dem Isolatorgehäuse heraus zu unterbinden oder wenigstens zu verringern.
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Weiterhin kann in einer besonders einfachen Ausführungsform die Linearbewegungseinheit oder wenigstens eine der Linearbewegungseinheiten eine sich entlang der Bewegungsachse erstreckende Schiene umfassen. Auf dieser Schiene kann mittels geeigneter Schlitten oder ähnlichem die lineare Verlagerung des wenigstens einen Roboters angetrieben und bewirkt werden. Alternativ sind jedoch auch andere Ausführungsformen der wenigstens einen Linearbewegungseinheit denkbar, beispielsweise linear teleskopierbare Halterungen, an denen der entsprechende Roboter angebracht ist, oder ähnliches.
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Da die erfindungsgemäße Produktionseinrichtung für unterschiedlichste Zwecke und Verarbeitungsvorgänge vorgesehen und eingerichtet sein kann, kann auch der wenigstens eine Roboter für unterschiedlichste Tätigkeiten vorgesehen und eingerichtet sein.
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Beispielhaft kann an wenigstens einen Roboter gedacht werden, welcher dazu eingerichtet ist, Petrischalen zu wechseln und/oder Füllnadeln zu installieren und/oder Reinigungsvorgänge auszuführen und/oder Produkte aufzunehmen und abzusetzen und/oder Fehlerdiagnosen und/oder -behebungen durchzuführen. Es versteht sich, dass diese Liste nicht abschließend ist, sondern dass sich die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht auf die jeweilige vorgesehene Tätigkeit des oder der entsprechenden Roboter beziehen, sondern sich universell einstellen können, ohne dass hierzu der Typ oder die vorgesehene Tätigkeit des Roboters eine Rolle spielen würden, wenngleich selbstverständlich eine Abstimmung von weiteren Komponenten der Einrichtung auf die Beschaffenheit des Roboters notwendig sein kann, beispielsweise ein Anpassen der Linearbewegungseinheit auf die Form und das Gewicht des Roboters und/oder der Steuereinheit auf den gewünschten Funktionsumfang des Roboters.
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Weiterhin kann der wenigstens eine Roboter eine Kamera und/oder wenigstens eine Sensoreinheit umfassen, wobei hiervon ausgegebene Kamera- und/oder Sensordaten an eine Anzeige- und/oder Steuervorrichtung ausgegeben und/oder für autonome Tätigkeiten des Roboters verwendet werden können. Insbesondere für den Fall, dass eine Fernsteuerung des Roboters vorgesehen ist, können die Kameradaten unmittelbar an einer Anzeigevorrichtung für einen Bediener der Fernsteuerung angezeigt werden, während sie selbstverständlich ebenfalls auch zur automatischen Bilderkennung und - verarbeitung ggf. zusammen mit oder alternativ zu Sensordaten von dem wenigstens einen Sensor für Regelungsvorgänge des Roboters verwendet werden können.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Produktionseinrichtung eine Transportvorrichtung für zu bearbeitende Produkte in dem Isolatorgehäuse umfassen, welche vorzugsweise oberhalb der Linearbewegungseinheit oder einer der Linearbewegungseinheiten angeordnet sein kann. Diese Transportvorrichtung kann einen Durchtransport der zu bearbeitenden Produkte durch den Innenraum des Isolatorgehäuses ermöglichen oder auch kompliziertere Bewegungen der zu bearbeitenden Produkte bewirken, beispielsweise Schleusenfunktionen oder ähnliches, während welchen die entsprechenden Produkte unterschiedlichen Transportwegen zugeführt werden können.
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Wenngleich, wie angesprochen, die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Produktionseinrichtung nicht unmittelbar damit zusammenhängt, welche Art von Verarbeitung von ihr tatsächlich vorgenommen wird, so können in einer beispielhaften Ausführung die funktionellen Komponenten eine Füllmaschine zum Befüllen von Produkten umfassen. Insbesondere in der pharmazeutischen Industrie ist hierbei häufig durch die Verarbeitung von aseptischen oder toxischen Produkten eine hermetische Abschirmung des Innenraums des Isolatorgehäuses gegenüber seiner Umgebung vonnöten.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Produktionseinrichtung derart ausgebildet sein, dass das Isolatorgehäuse eine Zugangsschleuse umfasst, durch welche Produkte und/oder Werkzeuge in den Innenraum eingebbar sind. Hierbei versteht sich, dass der Begriff der „Zugangsschleuse“ breit zu verstehen ist und eine solche Schleuse auch zum Ausschleusen von Produkten und/oder Werkzeugen verwendet werden kann. Dementsprechend können beispielsweise zwei derartige Zugangsschleusen an dem Isolatorgehäuse der erfindungsgemäßen Produktionseinrichtung vorgesehen sein, wobei im normalen Betrieb der Einrichtung eine der beiden zum Einschleusen von Produkten und/oder Werkzeugen dient, während die andere zum Ausschleusen davon dient. Es sind gerade im Zusammenhang mit der oben angesprochenen Schleusenfunktion einer Transportvorrichtung für Produkte innerhalb des Isolatorgehäuses jedoch auch Ausführungsformen mit mehr als zwei Zugangsschleusen denkbar. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Produktionseinrichtung auch in übergeordnete Prozesseinheiten bzw. komplexe Produktionsketten integriert sein, so dass die Produkte von vorgeschalteten Maschinen zu der Produktionseinrichtung herangeführt werden können und/oder die von der Produktionseinrichtung bearbeiteten Produkte an nachgeschaltete Maschinen weitergegeben werden können. Indem diese Abläufe mit Hilfe geeigneter Mittel automatisiert durchgeführt werden, kann eine hervorragende Integration der erfindungsgemäßen Einrichtung in übergeordnete Prozesse und Anlagen erreicht werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon deutlich, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren betrachtet wird. Diese zeigen im Einzelnen:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Produktionseinrichtung; und
- 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Produktionseinrichtung.
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1 zeigt zunächst eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Produktionseinrichtung, die ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Produktionseinrichtung 10 umfasst ein Isolatorgehäuse 12, welches einen Innenraum 14 aufweist und diesen hermetisch gegen die Umgebung der Produktionseinrichtung 10 abschirmt, wobei eine oder mehrere in 1 nicht gezeigte Zugangsschleusen vorgesehen sein können, durch welche Produkte und/oder Werkzeuge in den Innenraum 14 eingebbar sind.
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Im Innenraum 14 des Isolatorgehäuses 12 aufgenommen finden sich funktionelle Komponenten der Produktionseinrichtung 10, in diesem Fall eine schematisch dargestellte Füllmaschine 16 zum Füllen von Behältern in der pharmazeutischen Industrie, wobei in diesem Fall die Behälter den zu verarbeitenden Produkten im Sinne der vorliegenden Anmeldung entsprechen.
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Weiterhin befindet sich innerhalb des Innenraums 14 des Isolatorgehäuses 12 ein Roboter 18, der mittels einer Linearbewegungseinheit 20 entlang einer linearen Bewegungsachse L verlagerbar ist. Hierbei verläuft in der Ansicht aus 1 die lineare Bewegungsachse L in vertikaler Richtung, so dass der Roboter 18 ebenfalls in vertikaler Richtung verlagerbar ist. Wenngleich der Roboter 18 in 1 als typischer 6-Achsen-Roboter dargestellt ist, wie er häufig in der verarbeitenden Industrie eingesetzt wird, so sind selbstverständlich auch andere Typen von Robotern denkbar, die in der Einrichtung 10 aus 1 zum Einsatz kommen könnten.
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Zuletzt ist in 1 durch eine Reihe von Pfeilen eine Luftzirkulation angedeutet, die beispielsweise durch eine im Plenum 22 vorgesehene, aber in 1 nicht dargestellte, Zirkulationsvorrichtung hervorgerufen werden kann, wobei die Zirkulationsvorrichtung ferner auch noch optional wenigstens eine Filtereinheit umfassen kann.
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In der gezeigten Ausführungsform aus 1 ist die Linearbewegungseinheit 20 in Form eines Schienensystems ausgebildet, auf welchem der Roboter 18 verfahrbar ist, so dass die lineare Bewegungsachse L sozusagen als siebte Achse des 6-Achsen-Roboters wirkt. Der Roboter 18 kann demzufolge innerhalb des Innenraums 14 des Isolatorgehäuses 12 unterschiedliche Aufgaben übernehmen, auf die weiter unten im Zusammenhang mit unterschiedlichen funktionellen Komponenten noch eingegangen werden wird, wobei insbesondere in 1 und im Zusammenhang mit der dort gezeigten Füllmaschine 16 ein Einsetzen und Entnehmen von zu füllen Behältern in die Füllmaschine 16 durch den Roboter 18 denkbar ist, wobei die Behälter zunächst einmal durch die oben angesprochene, jedoch nicht dargestellte Zugangsschleuse in den Innenraum 14 des Isolatorgehäuses 12 eingeschleust werden.
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In 2 ist nun eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Produktionseinrichtung dargestellt und mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet, wobei ähnliche Komponenten zu denjenigen aus 1 mit denselben Bezugszeichen erhöht um 100 bezeichnet sind. Insbesondere umfasst die Produktionseinrichtung 100 aus 2 ebenfalls ein Isolatorgehäuse 112 mit einem Innenraum 114, in welchem eine Füllmaschine 116 vorgesehen ist, welche wiederum als funktionelle Komponente der Produktionseinrichtung 100 wirkt.
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Im Gegensatz zu der Produktionseinrichtung 10 aus 1 umfasst jedoch die Produktionseinrichtung 100 aus 2 zwei Roboter 118a und 118b, die zwar analog zu dem Roboter 18 aus 1 ausgebildet sind, jedoch zwei unterschiedlichen Linearbewegungseinheiten 120a und 120b zugeordnet sind, deren jeweilige lineare Bewegungsachsen L1 und L2 ferner waagrecht und nicht senkrecht verlaufen. Somit können die beiden Roboter 118a und 118b unabhängig voneinander oder koordiniert zueinander betrieben und linear entlang der beiden Achsen L1 und L2 verlagert werden.
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Sowohl in der Ausführungsform aus der 1 als auch der Ausführungsform aus der 2 ist wenigstens den Robotern 18 bzw. 118a und 118b eine hier nicht dargestellte Steuereinheit zugeordnet, welche zum einen den Betrieb des entsprechenden Roboters steuern kann und ferner ggf. zum anderen auch noch dessen Verlagerung durch die Linearbewegungseinheit, wobei dieser Linearbewegungseinheit alternativ auch eine eigene Steuereinheit zugeordnet sein könnte, die dementsprechend mit der Steuereinheit des entsprechenden Roboters betriebsmäßig gekoppelt sein kann.
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Weiterhin bietet sich an, die Steuereinheiten der Roboter und/oder Linearbewegungseinheiten mit den Steuereinheiten für übergeordnete Prozesse, wie z.B. den Betrieb der entsprechenden funktionellen Komponenten, d.h. der Füllmaschinen 18 bzw. 118, zu koppeln oder eine übergeordnete Steuereinheit für alle der eben genannten Komponenten vorzusehen, um einen koordinierten und reibungslosen Betrieb aller der genannten Komponenten gewährleisten zu können.
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Es zeigt sich, dass durch das Vorsehen der Roboter 18 und 118a, 118b sowie der zugeordneten Linearbewegungseinheiten 20 bzw. 120a, 120b auf das Bereitstellen von Handschuheingriffen in die entsprechenden Isolatorgehäuse 12 und 112 verzichtet werden kann, wodurch die weiter oben diskutierten Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Im Folgenden seien noch einige Beispiele von Aufgaben genannt, die in erfindungsgemäßen Einrichtungen durch das Zusammenwirken von bereitgestellten Robotern mit den ihnen zugeordneten Linearbewegungseinheiten ausgeführt werden können:
- - In einer Anordnung für eine „Aseptic Assembly“ kann eine Zugangsschleuse automatisch/manuell von außen geöffnet werden und die entsprechenden Nadeln mit Schlauch als zu bearbeitendes Produkt können durch einen Transfer-Behälter oder einen Beta-Bag gezielt eingebracht werden. Hierbei kann der entsprechende Roboter die Nadeln mit Schlauch aufnehmen und sie in einem Nadelhalter installieren. Eine zugehörige Peristaltikpumpe oder eine Zeit/Druck-Dosierung kann außerhalb des Isolatorgehäuses angebracht sein. Ganz allgemein versteht es sich, dass in Varianten dieser Ausführungsform im Wesentlichen beliebige Füllsysteme im Kontext der erfindungsgemä-ßen Einrichtung eingesetzt werden können und hierbei auch eine beliebige Aufteilung zwischen innerhalb und außerhalb des Isolatorgehäuses angeordneten Komponenten im Rahmen allgemeiner Überlegungen bei der Optimierung der Einrichtung vorgesehen werden kann.
- - Für ein automatisiertes Wechseln von Petrischalen als Keimsammler kann ebenfalls eine Zugangsschleuse automatisch oder manuell von außen geöffnet werden und die Petrischalen können wiederum durch einen Transfer-Container oder einen Beta-Bag gezielt eingebracht werden. Anschließend kann der vorgesehene Roboter diese aufnehmen und positioniert in einem Petrischalen-Silo installieren. Im Betrieb fährt der Roboter somit entlang seiner linearen Bewegungsachse auf unterschiedliche Positionen und führt einen Wechsel der Petrischalen durch, der in einigen Ausführungsformen direkt manuell angewiesen werden kann oder auch beispielsweise nach einer bestimmten Zeit im Rahmen eines voreingestellten Programms durchgeführt werden kann. Indem in diesem Zusammenhang der Roboter nur sehr langsam bewegt wird, kann verhindert werden, dass die Luft innerhalb des Isolatorgehäuses zu stark verwirbelt wird, was die Ergebnisse des eben durchzuführenden Ablaufs verfälschen könnte.
- - Ein weiterer Einsetzzweck für den linear verlagerbaren Roboter könnte die manuell angewiesene oder automatische Erfassung und ggf. Behebung von Störungen von Komponenten innerhalb des Isolatorgehäuses sein, beispielsweise könnte der Roboter durch eine an ihm angebrachte Kamera einzelne Komponenten innerhalb des Isolatorgehäuses erfassen und durch eine manuelle Fernsteuerung in eine geeignete Position gefahren werden, um dort entweder weitere detaillierte Kamerabilder aufzunehmen oder direkt mittels geeigneter Werkzeuge die entsprechende Komponente zu manipulieren, beispielsweise zu reparieren. In einer alternativen Ausführungsform könnte der entsprechende Roboter auch proaktiv oder selbsttätig tätig werden und ggf. die beschriebenen Schritte ohne Fernsteuerung, sondern beispielsweise auf der Grundlage der Prinzipien des Maschinenlernens selbsttätig durchführen.
- - Ferner könnte ein derartiger Roboter für Wasch- oder Desinfektionsvorgänge eingesetzt werden, indem er im Isolatorgehäuse befindliche Waschpistolen aufnimmt und einen programmierten Zyklus abfährt, in welchem beispielsweise Wasser oder CO2-Schnee auf zu reinigende Komponenten innerhalb des Isolatorgehäuses gesprüht wird. Hierbei kann wiederum an eine manuelle Steuerung durch einen Bediener über eine Fernsteuerung oder an einen automatischen Ablauf eines entsprechenden Reinigungsprogramms gedacht werden. Weiterhin kann eine derartige Reinigung nach Bedarf durch fest installierte Waschdüsen zusätzlich unterstützt werden und in der Steuereinheit des Roboters könnten die Positionen von Maschinenstopps vorgehalten werden und an entsprechenden Stellen die Reinigungsdauer verlängert werden. Ebenfalls könnte daran gedacht werden, den entsprechenden Roboter einzelne Komponenten innerhalb des Isolatorgehäuses demontieren zu lassen, um eine effizientere Reinigung davon zu ermöglichen. Ferner kann nach Abschluss des Reinigungsvorgangs auch noch eine Trocknungsbetätigung durch den Roboter vorgenommen werden, beispielsweise indem dieser eine sterile Ausblaspistole aufnimmt und die gereinigten Komponenten mit dieser trocknet.
- - Zuletzt könnte der Roboter auch in automatischen Wiegeprozessen zum Einsatz kommen, indem er Produkte innerhalb des Isolatorgehäuses aufnimmt und auf eine entsprechende Wägezelle auflegt, während er in ähnlicher Weise ebenfalls für Spülvorgänge von Produkten diese aufnehmen kann und über einer Spüleinrichtung positionieren kann.
