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Die Erfindung betrifft einen Inkubator zur Bereitstellung einer kontrollierten Umgebung mit einem einstellbaren Mikroklima und einer automatisierbaren Auswertungsvorrichtung.
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Inkubatoren, auch bekannt als Brutschränke, dienen im Wesentlichen zur Schaffung einer kontrollierten Umgebung mit einem einstellbaren Mikroklima zur Lagerung von Untersuchungsgegenständen, nachfolgend auch „Proben“ genannt. In der Regel handelt es sich hierbei um medizinische bzw. biologische Proben lebender Organismen, deren Entwicklung- und/oder Wachstum unter kontrollierten Bedingungen beobachtet werden soll.
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Die regelbaren Parameter des Mikroklimas betreffen vor allem die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit. Dabei können je nach Bedarf und durchgeführter Untersuchung eine konstante Temperatur mit konstanter Luftfeuchtigkeit oder auch bestimmte Verläufe in einem oder beiden der genannten Parameter gewünscht und entsprechend einstellbar sein.
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Weitere Parameter, wie beispielsweise ein bestimmter Tag-Nacht-Rhythmus oder eine bestimmte Bewegung der Proben, können durch weitere Regelungsmöglichkeiten wie beispielsweise durch schaltbare Beleuchtungselemente oder entsprechende Rühr- bzw. Schüttelvorrichtungen einstellbar sein.
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Je nach Bedarf und Art der durchgeführten Untersuchung kann neben einer einmaligen Auswertung der Probe bzw. der Proben zu einem bestimmten Zeitpunkt oder nach einem bestimmten Zeitraum auch die regelmäßige Kontrolle und Dokumentation der jeweiligen Probe über einen bestimmten Zeitraum sein.
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Nachteilig an den bekannten Inkubatoren ist, dass solche regelmäßigen Kontrollen der Proben manuell durch einen entsprechend geschulten Mitarbeiter durchzuführen sind. Dies bedeutet neben der Notwendigkeit eines entsprechenden Mitarbeiters vor Ort auch immer ein Öffnen des Inkubators, eine Herausnahme der entsprechenden Probe, eine Kontrolle und gegebenenfalls Dokumentation dieser Probe außerhalb des Inkubators und schließlich wieder ein Zurückstellen dieser Probe in den Inkubator verbunden mit einem weiteren Öffnen des Inkubators.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Inkubator zur Verfügung zu stellen, der die genannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere eine automatisierte Auswertung der Proben ohne Öffnen des Inkubators ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
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Wesentlicher Erfindungsgedanke ist es, einen Inkubator zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Auswertung der eingelagerten Proben automatisiert erfolgen kann, wobei durch eine Aufnahmevorrichtung, die insbesondere eine digitale Kamera ist, Aufnahmen bzw. Bilddaten der Proben angefertigt werden können, ohne dass die Proben hierzu aus dem Inkubator entnommen werden müssen. Entsprechend ist es mit dem erfindungsgemäßen Inkubator möglich, Aufnahmen der Proben auch dann anzufertigen, wenn kein Personal zur manuellen Durchführung der Aufnahmen zur Verfügung steht.
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Ein erfindungsgemäßer Inkubator umfasst hierfür zumindest eine Lagervorrichtung zur Lagerung mindestens einer Probe und eine steuerbare Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der mindestens einen Probe.
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Sofern im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von einer „steuerbaren“ Vorrichtung gesprochen wird, so ist hiermit regelmäßig eine automatisierte bzw. fernsteuerbare Vorrichtung gemeint. Ein entsprechendes Steuerungssystem kann in dem Inkubator selbst vorgesehen sein, es sind jedoch auch externe Steuerungen denkbar, die kabellos oder über ein Kabel mit dem Inkubator verbunden sind.
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Der Begriff „steuerbar“ impliziert somit auch immer ein mögliches Steuerprogramm oder einen Steueralgorithmus, der es dem Anwender beispielsweise ermöglicht zu bestimmen, welche der in dem Inkubator eingelagerten Proben in welchem Intervall durch die Aufnahmevorrichtung aufgenommen wird.
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Die Aufnahmevorrichtung ist vorzugsweise eine digitale Kamera, wobei je nach durchzuführender Auswertung verschiedene Kameratypen vorstellbar sind, beispielsweise Lichtbild- oder Wärmebildkameras. Die Kamera kann geeignet sein, verschiedenste Wellenlängen zu erfassen, beispielsweise auch UV-Strahlung.
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Eine Lichtquelle kann zusätzlich vorgesehen sein, um auch in einem ansonsten lichtarmen Inkubator entsprechende Lichtbildaufnahmen zu ermöglichen. Die von der Lichtquelle ausgehenden Wellenlängen wählt der Fachmann entsprechend der benötigten Daten.
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Die von der Aufnahmevorrichtung erhobenen Bilddaten können zur Weiterverarbeitung kabelgebunden oder kabellos an eine EDV geschickt werden, es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Daten zunächst auf einem internen oder externen Speichermedium gespeichert werden.
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Vorzugsweise umfasst der Inkubator weiterhin eine steuerbare Entnahmevorrichtung zur Entnahme der mindestens einen Probe aus der Lagervorrichtung. Eine solche Entnahmevorrichtung ist vorteilhaft, da hierdurch eine sehr kompakte Bauweise der Lagervorrichtung möglich ist.
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Die Entnahmevorrichtung ist vorgesehen, die jeweils durch die Aufnahmevorrichtung aufzunehmende Probe in dem Fokus der Aufnahmevorrichtung zu platzieren. Dies kann notwendig sein, wenn die entsprechende Probe an ihrem Lagerplatz in der Lagervorrichtung einer Aufnahme durch die Aufnahmevorrichtung nicht zugänglich ist, beispielsweise bei der bevorzugten Lagerung in einem gestapelten Regalsystem.
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Die Lagervorrichtung ist entsprechend in einem Kompromiss zwischen dem benötigten Raum zur Lagerung einer ausreichend Anzahl von Proben und dem in dem Inkubator zur Verfügung stehenden Platz vorzusehen. Vorzugsweise ist die Lagervorrichtung als Regalsystem mit einem Rahmen und darin angeordneten Lagerebenen konstruiert.
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Die genaue Form und Gestaltung der Lagervorrichtung, insbesondere ob diese beispielsweise eckige, runde oder halbrunde Lagerebenen aufweist oder welchen Teil des Inkubators sie genau einnimmt, entscheidet der Fachmann nach den jeweiligen Anforderungen.
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Vorzugsweise sind die Lagervorrichtung und die Entnahmevorrichtung so aufeinander abgestimmt, dass eine optimale Entnahme der gelagerten Proben durch die Entnahmevorrichtung möglich ist.
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Die Entnahmevorrichtung ist hierfür vorzugsweise vertikal und/oder horizontal entlang einer Schiene bzw. Achse verfahrbar vorgesehen. Auch eine Drehbarkeit oder eine Verschwenkbarkeit um eine Achse sind denkbar. Wesentlich ist, dass die Entnahmevorrichtung alle zur steuerbaren Entnahme vorgesehenen Proben auch entnehmen kann, also alle entsprechenden Positionen der Lagerebenen für die Entnahmevorrichtung erreichbar sind.
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Die Entnahmevorrichtung umfasst einen Entnahmearm zur Entnahme der Proben aus der Lagervorrichtung. An dem Entnahmearm können zusätzliche Entnahmeelemente vorgesehen sein, die eine Entnahme der Proben vereinfachen wie beispielsweise Greifer oder Gabeln, wie man sie von Gabelstaplern kennt. Die Entnahme einer Probe kann auch derart vorgesehen sein, dass die Probe mitsamt ihrer Lagerebene oder eines Teils davon entnommen wird.
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Die Aufnahmevorrichtung und/oder die Entnahmevorrichtung können verfahrbar vorgesehen sein. Eine Kopplung der beiden Vorrichtungen ist vollstellbar, sodass die Aufnahmevorrichtung zusammen mit der Entnahmevorrichtung verfahrbar ist. Entsprechend müsste die Probe nach der Entnahme nicht weiter zur Aufnahmevorrichtung verfahren werden, sondern könnte nach der Entnahme an gleicher Stelle aufgenommen werden. Bevorzugt ist derzeit jedoch eine im Inkubator fixierte Aufnahmevorrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lagervorrichtung einen Rahmen mit mindestens einer Lagerebene, die eine rechteckige Grundfläche aufweist, wie dies bekannt ist für den Aufbau eines Regallagersystems. Die einzelnen Lagerebenen sind vorzugsweise gebildet aus zumindest zwei Lagerschienen, von denen zumindest zwei vorzugsweise parallel angeordnet sind, und einem von den Lagerschienen getragenen Lagerboden. Vorzugsweise sind die Lagerböden austauschbar bzw. herausnehmbar vorgesehen.
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Der Rahmen ist nach Bedarf mit einer bestimmten Anzahl von Lagerebenen, also Lagerschienen und Lagerböden, bestückbar. Zumindest Teile der jeweiligen Lagerebene, insbesondere die Lagerböden, können derart gestaltet sein, dass sie eine Entnahme der Probe durch die Entnahmevorrichtung vereinfachen. Hierfür können beispielsweise spezielle Entnahmeelemente an den Lagerböden vorgesehen sein, die eine Entsprechung an der Entnahmevorrichtung finden und beispielsweise auf die Entnahmeelemente abgestimmt sind.
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Zusätzlich oder auch alternativ zur Verfahrbarkeit der Aufnahmevorrichtung und/oder der Entnahmevorrichtung können auch der Rahmen und/oder zumindest eine Lagerebene der Lagervorrichtung verfahrbar vorgesehen sein. Hierdurch könnte die aufzunehmende Probe durch eine Neupositionierung des Rahmens und/oder der entsprechenden Lagerebene in den Fokus der Aufnahmevorrichtung gebracht werden.
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Bevorzugt ist ein Inkubator mit einer fixen Lagervorrichtung und einer fixen Aufnahmevorrichtung, wobei die zu untersuchenden Proben jeweils durch die verfahrbare Entnahmevorrichtung zur Aufnahmevorrichtung gebracht werden.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch denkbar, dass die Aufnahmevorrichtung verfahrbar vorgesehen ist und zur Aufnahme einer Probe zu der jeweiligen Probe verfahren wird. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die Proben auf nur einer Ebene angeordnet sind, die durch die Aufnahmevorrichtung ohne Bewegung der Proben erreichbar ist. Dies kann auch vorteilhaft sein, wenn die Proben selbst beispielsweise aufgrund des entsprechenden Versuchsaufbaus nicht bewegt werden können oder nicht bewegt werden dürfen.
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Auch ist es denkbar, dass die Aufnahmevorrichtung fix ist und zumindest Teile der Lagervorrichtung verfahrbar vorgesehen sind, sodass die jeweilige Probe zur Aufnahmevorrichtung durch eine Neupositionierung der Lagervorrichtung gelangt. Beispielsweise ist hier eine Revolver-artige Anordnung der Proben unterhalb der Aufnahmevorrichtung denkbar. Eine solche Anordnung wäre durch entsprechende Aussparungen in oberen Lagerebenen auch in mehreren Lagerebenen denkbar, sodass die Aufnahmevorrichtung beispielsweise durch Fokussierung durch die Aussparungen auch Proben in unteren Ebenen aufnehmen könnte.
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Weitere Kombinationen aus fixen Elementen und verfahrbaren Elementen sind denkbar und ohne erfinderisches Zutun anhand der oben beschriebenen Beispiele für den Fachmann auffindbar.
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Die jeweilige Verfahrbarkeit der Elemente wird durch Aktuatoren erreicht, in der Regel umfassen die steuerbaren Elemente geeignete Elektromotoren.
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Die Elemente Lagervorrichtung, Aufnahmevorrichtung und Entnahmevorrichtung sind, soweit erforderlich, steuerbar vorgesehen beispielsweise über eine kabellose oder kabelgebundene Verbindung mit einem Steuerungssystem, wie beispielsweise einem Computer, einem Laptop, einem Notebook, einem Tablet, einem Smartphone oder sonstigen EDV-Systemen. Soweit die jeweiligen Elemente verfahrbar vorgesehen sind, umfassen diese wie beschrieben mindestens einen Aktuator, insbesondere einen Elektromotor.
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Optional kann in dem Inkubator auch eine Messvorrichtung in Form einer Waage zur Bestimmung des Gewichts der Proben vorgesehen sein. Eine solche Messvorrichtung kann in der Lagervorrichtung integriert oder auch als separates Instrument oder als Teil der Entnahmevorrichtung vorgesehen sein. Das Gewicht einer Probe kann neben den Bilddaten weitere Rückschlüsse auf den Zustand der Probe liefern.
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Mit dem erfindungsgemäßen Inkubator ist es möglich, eine Auswertung bzw. eine Dokumentation der darin gelagerten Proben, insbesondere auch eine gegebenenfalls gewünschte kontinuierliche, intervallmäßige Aufnahme der Proben durch die Aufnahmevorrichtung automatisiert auszuführen. Eine solche Dokumentation ist vorteilhafter Weise auch ohne ein Öffnen des Inkubators und entsprechend ohne Störung der kontrollierten Umgebung möglich.
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Die durch die Aufnahmevorrichtung gewonnenen Bilddaten können anschließend einer weitergehenden Auswertung oder Speicherung zugeführt werden. Hierfür können kabellose oder kabelgebundene Datenübertragungen zu externen oder internen EDV-Systemen vorgesehen sein.
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An eine entsprechende automatisierte Auswertung der Bilddaten anhand bestimmter Algorithmen kann sich dann beispielweise auch eine Benachrichtigung an den Anwender anschließen, sofern bestimmte vom Anwender festgelegte oder von einer implementierten künstlichen Intelligenz (KI) erkannte Parameter erreicht oder über- bzw. unterschritten werden. Somit kann durch die Auswertung der Bilddaten mit einer KI Software auch eine mögliche Problematik bei der Lagerung der Proben frühzeitig erkannt werden.
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Die Arbeitsweise und die Vorteile des erfindungsgemäßen Inkubators sollen nachfolgend am Beispiel der Bebrütung von Kulturschalen zur Anzucht von Keimen, einem typischen Einsatzgebiet eines Inkubators, beispielhaft beschrieben werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Inkubator kann beispielsweise vollautomatisch das Heranwachsen der in den Kulturschalen geimpften Keime dokumentiert und mit einem entsprechenden Auswertungsalgorithmus auch zugleich überwacht bzw. ausgewertet werden. Die Überwachung oder Auswertung kann dann beispielsweise auch ein Alarmsignal an den Anwender auslösen, wenn ein bestimmtes zu erwartendes Wachstum der Keime unter- oder überschritten wird, was anhand eines Abgleichs der gewonnen Ist-Daten mit zuvor festgelegten Soll-Daten erkannt werden kann und auf einen Fehler in den entsprechenden Kulturschalen hinweisen kann. Eine in die Auswertung eingebundene KI, also die Auswertung der Bilddaten mit einer KI Software, kann dabei helfen, die Bewertung der erhobenen Daten hinsichtlich tatsächlicher Abweichung stetig zu verbessern.
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Am Beispiel der Bebrütung von Keimen wird auch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Inkubators deutlich: Handelt es sich bei den Proben beispielsweise um pathogene Keime, so wird durch die automatisierte Aufnahme bzw. Auswertung und Kontrolle der Proben ohne ein notwendiges Öffnen des Inkubators eine mögliche Fehler- und Infektionsquelle für den Anwender minimiert bzw. ausgeschlossen.
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Der erfindungsgemäße Inkubator weist somit gegenüber dem Stand der Technik zusammenfassend sowohl den Vorteil einer minimierten Fehlerquelle als auch den Vorteil einer fernsteuerbaren Dokumentation und Auswertung auf.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
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Es zeigen:
- 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inkubators im geöffneten Zustand
- 2 eine Detailansicht der Aufnahmevorrichtung und Entnahmevorrichtung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inkubators
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inkubators 1 im geöffneten Zustand mit einer Lagervorrichtung 2, einer Aufnahmevorrichtung 3 und einer Entnahmevorrichtung 4.
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Der Inkubator 1 entspricht in seinen Grundfunktionen bezüglich der Einstellbarkeit einer kontrollierten Umgebung im Wesentlichen bekannten Inkubatoren. Entsprechend sind Einstellungen der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, des Tag-Nacht-Rhythmus etc. je nach Bedarf möglich.
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Die Lagervorrichtung 2 ist regalartig auf der einen Seite des Inkubators 1 vorgesehen. In der Lagervorrichtung 2 sind die Proben angeordnet. Die Lagervorrichtung 2 kann unterschiedlich ausgestaltet sein, wobei sich die Ausgestaltung nach Raumangebot innerhalb des Inkubators 1 sowie Anzahl der zu untersuchenden Proben richtet und vom Fachmann entsprechend gewählt wird.
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Die Entnahmevorrichtung 4 ist vorliegend auf der anderen Seite des Inkubators gegenüberliegend der Lagervorrichtung 2 vorgesehen und zumindest über einen Teilbereich der Höhe und der Breite der Lagervorrichtung 2 über Schienen 5A, 5B verfahrbar. Oberhalb der Entnahmevorrichtung 4 ist die Aufnahmevorrichtung 3 vorgesehen.
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Die Aufnahmevorrichtung 3 und die Entnahmevorrichtung 4 sind fernsteuerbar vorgesehen beispielsweise über eine kabellose oder kabelgebundene Verbindung mit einem Steuerungssystem, wie beispielsweise einem Computer, einem Tablet, einem Smartphone oder sonstigen EDV-Systemen (nicht dargestellt). Die Entnahmevorrichtung 4 umfasst entsprechend mindestens einen steuerbaren Aktuator, insbesondere einen Elektromotor.
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Mit dem erfindungsgemäßen Inkubator 1 ist es möglich, eine Auswertung bzw. Dokumentation der darin gelagerten Proben, nämlich die ggfs. kontinuierliche, intervallmäßige Aufnahme der Proben durch die Aufnahmevorrichtung 3, die insbesondere eine digitale Kamera ist, ferngesteuert auszuführen. Eine solche Dokumentation ist vorteilhafter Weise ohne ein Öffnen des Inkubators 1 und entsprechend ohne Störung der kontrollierten Umgebung möglich.
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2 zeigt eine Detailansicht der Lagervorrichtung 2, der Aufnahmevorrichtung 3 und der Entnahmevorrichtung 4 der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inkubators 1.
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Die Lagervorrichtung 2 umfasst einen Rahmen 2A sowie daran angeordnete Lagerschienen 2B zur Aufnahme der Lagerböden 2C. Die Lagerböden 2C liegen den Lagerschienen 2B vorzugsweise lose auf.
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Die Aufnahmevorrichtung 3 ist fest an ihrer Position im oberen Bereich des Inkubators 1 vorgesehen. Entsprechend ist es vorgesehen, die Proben P für eine Aufnahme in den Fokus der Aufnahmevorrichtung zu bringen. Hierfür ist die Entnahmevorrichtung 4 vorgesehen.
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Die Entnahmevorrichtung 4 ist entlang der Lagervorrichtung 2 an einer vertikal angeordneten Schiene 5A vertikal verfahrbar und an einer horizontal angeordneten Schiene 5B horizontal verfahrbar. Die horizontal angeordnete Schiene 5B ist zusammen mit der Entnahmevorrichtung 4 entlang der vertikal angeordneten Schiene 5A verfahrbar vorgesehen.
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Der Entnahmearm 4A ist geeignet, die Proben P von den jeweiligen in dem Rahmen 2A angeordneten Lagerböden 2C zu entnehmen bzw. alternativ den jeweiligen Lagerboden 2C mitsamt der Probe P aus der Lagervorrichtung 2 zu entnehmen. Zumindest bei der Alternative sind die Lagerböden 2C entnehmbar vorgesehen, liegen den Lagerschienen 2B also nur lose auf oder sind nur lose in diese eingeschoben, sofern die Lagerschienen 2B beispielsweise ein U-Profil aufweisen.
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Zur Entnahme einer Probe P fährt die Entnahmevorrichtung 4 zunächst entlang der vertikalen Schiene 5A auf die Höhe des entsprechenden Lagerbodens 2C und anschließend horizontal entlang der horizontalen Schiene 5B an die entsprechende Probe P bzw. den entsprechenden Lagerboden 2C und ergreift die Probe P oder den Lagerboden 2C mit dem Entnahmearm 4A bzw. hebt die Probe P oder den Lagerboden 2C aus der Lagervorrichtung 2 heraus.
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Der Entnahmearm 4A verfügt hierfür gegebenenfalls über unterstützende Entnahmeelemente 4B, beispielsweise in Form eines Greifers (nicht dargestellt) oder einer Gabel. Anschließend fährt die Entnahmevorrichtung 4 in den Fokus der Aufnahmevorrichtung 3 und die Aufnahmevorrichtung 3 fertigt eine Aufnahme der Probe P an.
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Nach Beendigung der Aufnahme transportiert die Entnahmevorrichtung 4 die Probe P bzw. den Lagerboden 2C mit der Probe P zurück in die Lagervorrichtung 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Inkubator
- 2
- Lagervorrichtung (2A: Rahmen; 2B: Lagerschiene; 2C: Lagerboden)
- 3
- Aufnahmevorrichtung
- 4
- Entnahmevorrichtung (4A: Entnahmearm; 4B: Entnahmeelement)
- 5
- Schienen (5A: vertikale Schiene; 5B: horizontale Schiene)
- P
- Probe
