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Die Erfindung betrifft das technische Gebiet von Laborgeräten, wie z.B. Zentrifugen und genauer gesagt Laborzentrifugen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lösung zum Stützen von Deckeln derartiger Laborgeräte.
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In Laboren kommen verschiedene Geräte mit bewegbaren Deckeln zum Einsatz. Die Deckel dienen meist dazu, einen Raum im Gerät, der zur Aufnahme von Proben dient, zu begrenzen und gegenüber der Außenwelt zu verschließen. Um die Proben in diesem Raum anordnen und hieraus entnehmen zu können, sind die Deckel öffen- und schließbar.
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Laborgeräte kommen für verschiedene Zwecke zum Einsatz, insbesondere in medizinischen Zusammenhängen oder allgemein zur Aufbereitung und/oder Aufbewahrung chemischer und/oder biologischer Proben. Beispiele von Laborgeräten sind Kühlgeräte (insbesondere Tiefkühlgeräte oder Ultratiefkühlgeräte für Temperatur ab -50 ° C und weniger) Schüttler und (Labor-) Zentrifugen. Sämtliche dieser Geräte sind allgemein manuell bedienbar. Laborzentrifugen und Schüttler werden typischerweise auf Tischen positioniert. Unter einer Laborzentrifuge werden hierin entsprechend auch Tischzentrifugen verstanden.
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Allgemein handelt es sich bei Laborgeräten um Geräte, die sich von ihrer Art, Größe und Leistungsspektrum für den Einsatz in Laboren und insbesondere für eine manuelle Bedienung (insbesondere manuelle Probenentnahme und -zugabe) eignen.
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Zentrifugen als ein Beispiel eines Laborgeräts werden allgemein dazu eingesetzt, um Bestandteile von in einem Behälter oder auch Rotorraum zentrifugierten Gemischen unter Ausnutzung der Massenträgheit zu trennen. Dabei treten hohe Rotationsgeschwindigkeiten auf. Laborzentrifugen sind dabei Zentrifugen, deren Zentrifugen-Rotoren bei vorzugsweise mindestens 3.000, bevorzugt mindestens 10.000, insbesondere mindestens 15.000 Umdrehungen pro Minute arbeiten und zumeist auf gegenüber dem Boden erhöhten Arbeitsplätzen wie z. B. Tischen platziert werden. Laborzentrifugen (im Folgenden auch lediglich Zentrifuge genannt) besitzen typischerweise einen Rotorraum, in dem ein Rotor aufgenommen ist. Darin können Proben (insbesondere Probengefäße mit darin enthaltenem Probenmaterial) zwecks gemeinsamer Rotation gehalten werden. Der Rotor wird von einer Antriebseinheit auf mehrere tausend Umdrehungen pro Minute beschleunigt. Vorzugsweise weist die Laborzentrifuge, insbesondere eine Behandlungseinrichtung der Laborzentrifuge, mindestens eine Heiz-/Kühleinrichtung auf, mit der die Temperatur der mindestens einen im Rotor angeordneten Probe gesteuert und/oder geregelt werden kann. Auch eine Kühlung per Luft ohne gesonderte Kühleinrichtung ist möglich. Vorzugsweise weist die Laborzentrifuge, insbesondere die Behandlungseinrichtung der Laborzentrifuge, eine Zeitgebereinrichtung auf, mit der zeitliche Parameter der Rotation oder Temperatureinstellung steuerbar sind. Eine Zentrifuge kann ein Trennverfahren durchführen, bei dem insbesondere die Bestandteile von Suspensionen, Emulsionen und/oder Gasgemischen getrennt werden. Die gerätegesteuerte Behandlung der mindestens einen aufgenommenen Probe entspricht bei einer Laborzentrifuge einer Rotationsbehandlung, der die mindestens eine Probe unterzogen wird. Mögliche Parameter, insbesondere Programmparameter, insbesondere Nutzerparameter, die zur Beeinflussung einer Rotationsbehandlung verwendet werden, definieren insbesondere eine Temperatur der Laborzentrifuge, eine Rotationsgeschwindigkeit der Laborzentrifuge, einen zeitlichen Parameter der Rotation oder Temperatureinstellung und/oder mindestens einen Ablaufparameter, der den Ablauf, insbesondere die Reihenfolge, eines aus mehreren Rotationsschritten bestehenden Rotationsprogramms beeinflusst oder definiert. Die Temperatur der Laborzentrifuge kann insbesondere mindestens eine Temperatur im Inneren des mindestens einen Rotors sein, insbesondere mindestens eine Temperatur mindestens einer Probe.
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Schüttler als ein weiteres Beispiel eines Laborgeräts dienen dem Durchmischen von Proben, wofür z.B. eine oftmals ebene Auflage oszillierende zweidimensionale Bewegungen ausführt (bspw. bei sogenannten Flachbett-Schüttlern).
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Um ein Laborgerät auf einem Arbeitstisch platzieren zu können, weisen die Laborgeräte insbesondere einen Formfaktor und/oder Außenabmessungen von bevorzugt weniger als 1 m × 1 m × 1 m auf. Ihr Bauraum ist also beschränkt. Vorzugsweise ist dabei die Gerätetiefe auf max. 70 cm beschränkt. Es sind jedoch auch Laborzentrifugen bekannt, die als Standzentrifugen ausgebildet sind und insbesondere eine Höhe von 1 m bis 1,5 m aufweisen, um sie auf dem Boden eines Raumes platzieren zu können.
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Bei dem Labor kann es sich insbesondere um ein chemisches, biologisches, biochemisches, medizinisches, pharmazeutisches, lebensmitteltechnisches und/oder forensisches Laboratorium handeln. Solche Labors dienen der Forschung und/oder der Analyse von Laborproben, können aber auch zur Herstellung von Produkten mittels Laborproben oder der Herstellung von Laborproben dienen.
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Aus Sicherheitsgründen ist der Aufnahmeraum eines Laborgeräts (insbesondere der Rotorraum einer Zentrifuge) meist mit einem Deckel verschließbar. Im Fall von Laborkühlgeräten (hierin auch lediglich als Kühlgeräte bezeichnet) dient der Deckel primär der thermischen Isolierung eines Probenaufnahmeraums von der Umgebung. Der Deckel kann im Fall von Kühlgeräten auch als Tür bezeichnet werden bzw. eine Tür bilden und/oder nach Art einer Tür um eine vertikale Drehachse verschwenkbar sein.
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Typischerweise ist der Deckel eines Laborgeräts in seiner geschlossenen Stellung horizontal ausgerichtet und in einer geöffneten Stellung in einem Winkel zu einer horizontalen Ebene. Hierfür weist der Deckel typischerweise eine Drehlagerung bzw. eine Schwenkachse auf, die entsprechend horizontal verläuft. Auch eine vertikale Schwenkachse ist aber möglich, zum Beispiel bei den Deckeln (bzw. Türen) von Kühlgeräten. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Deckelöffnungsarten oder Ausrichtungen von Drehachsen beschränkt. Ihr Einsatz bei um nicht-vertikale Drehachsen öffnenden Deckeln ist aber besonders vorteilhaft, da dort Gewichtseinflüsse des Deckels ausgeprägter und mit der hierin vorgestellten Lösung zuverlässig kompensierbar sind.
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Der Bediener muss den Deckel zur Probenentnahme (oder auch zur Probenbestückung) meist manuell öffnen. Bekannt ist es dabei, den Deckel mittels eines Federelements zu stützen, insbesondere einer Schenkelfeder oder Gasdruckfeder. Die hiervon erzeugten Federkräfte sind meist bewusst hoch ausgelegt, um den Deckel sicher in einer maximal geöffneten Stellung zu halten. Dies resultiert in entsprechend hohen Schließkräften, die vom Bediener aufgebracht werden müssen, um den Deckel wieder manuell schließen zu können. Wenn während des Schließvorgangs Gegenstände oder Gliedmaßen versehentlich eigeklemmt werden, resultiert dies in entsprechenden Beschädigungs- und Verletzungsrisiken. Auch ist das Aufbringen derart hoher Kräfte unkomfortabel, wenn der Bediener gleichzeitig entnommene Proben hält.
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Es existieren auch Laborgeräte, bei denen eine Deckelabstützung nicht vorgesehen ist. So existieren zum Beispiel Zentrifugen mit um eine vertikale Drehachse verschwenkbaren Deckeln. Aus Kostengründen wird dort oft auf herkömmliche Stützmechanismen verzichtet.
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Wenn bei Laborgeräten ausreichende Federkräfte für ein vollständiges Stützen des Deckels erzeugbar sind, ist dies meist auf wenige Stellungen beschränkt (typischerweise zwei Gleichgewichtslagen, bei denen sich die Gewichtskraft des Deckels und die entgegenwirkende Federkraft ausgleichen). Diese Stellungen bzw. Gleichgewichtslagen sind für einen Bediener schwer abschätz- und nur iterativ auffindbar, was den Bedienkomfort beschränkt.
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Weiter sind Lösungen mit Gasdruckfedern verschleißanfällig, was deren Zuverlässigkeit begrenzt.
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Es stellt sich somit die Aufgabe, den Bedienkomfort von Laborgeräten zuverlässig zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der Handhabung eines Deckels derartiger Laborgeräte.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die vorstehenden Ausführungen und Weiterbildungen können auf die vorliegende Lösung ebenso zutreffen bzw. bei dieser vorgesehen sein, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
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Es wird eine Lösung zum Halten des Deckels eines Laborgeräts vorgeschlagen, die verschleißarm und zuverlässig ist. Weiter zeichnet sie sich durch einen begrenzten Bauraum aus. Vorteilhafterweise ermöglicht sie auch das Halten des Deckels in mehreren und besonders bevorzugt in sämtlichen Öffnungsstellungen bzw. Winkelstellungen.
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Insbesondere wurde erkannt, dass sich der Bedienkomfort insbesondere dann verbessern lässt, wenn die Anzahl der Gleichgewichtslagen, in denen die Gewichtskraft des Deckels durch einen Stützmechanismus ausgleichbar ist, erhöht wird. Hierfür wird ein geeigneter Stützmechanismus offenbart, der sich insbesondere durch ein vorteilhaftes Zusammenwirken von deformierbaren Federelementen und hiermit gekoppelten starren mechanischen Elementen auszeichnet. Vorteilhafterweise ist der Stützmechanismus durch Wahl der Abmessungen der mechanischen Elemente und/oder der Eigenschaften der Federelemente dazu eingerichtet, den geöffneten Deckel in beliebigen Öffnungsstellungen zu stützen, d.h. eine beliebig hohe Anzahl von Gleichgewichtslagen zu erzeugen. Dies wird dadurch erreicht, dass die vom Stützmechanismus aufbringbaren Kräfte (insbesondere deren Kräfteverlauf über die verschiedenen Öffnungsstellungen des Deckels) jeweils die Gewichtskraft des Deckels ausgleicht. Bevorzugt erfolgt ein solcher Ausgleich über das vollständige Bewegungsspektrum des Deckels (d.h. in sämtlichen hiervon einnehmbaren Öffnungsstellungen), zumindest aber über mehr als die Hälfte dieses Bewegungsspektrums.
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Ein weiterer Vorteil hiervon ist, dass dann auch nur geringe Schließkräfte zum Schließen des Deckels erforderlich sind. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu derzeitigen Lösungen, bei denen Deckel mit hohen Federkräften in einer Endstellung gehalten werden und diese Kräfte für ein Schließen entsprechend wieder zu überwinden sind. Niedrigere Schließkräfte ermöglichen günstigere, da leistungsschwächere Aktoren. Sie verringern auch das Verletzungsrisiko z.B. bei einem Einklemmen von Gliedmaßen im Deckel. Auch etwaige vom Bediener als störend empfundene Dämpfungen beim Schließen des Deckels fallen gering aus.
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Die Begriffe Öffnungsstellung, Stellung und Winkelstellung werden in Bezug auf den Deckel austauschbar verwendet. Sie bezeichnen jeweils einen Zustand, bei dem der Deckel ausgehend von einer geschlossenen und üblicherweise horizontalen Stellung (die einem Winkel von 0° entsprechen kann) ausgelenkt wurde, typischerweise durch Verschwenken um eine horizontale Raumachse nach vertikal oben. Dies kann einer Winkelzunahme entsprechen. Optional kann der Deckel bis zu einer aufrechten Stellung (d.h. vertikalen Ausrichtung) geöffnet werden. Dies kann einem Öffnungswinkel von 90° entsprechen. Das Bewegungsspektrum des Deckels kann also beispielsweise 0° (geschlossen) bis wenigstens 60° (geöffnet) oder aber bis wenigstens 90° (aufrechte Stellung) betragen. Unter einer Hälfte des Bewegungsspektrums kann also beispielsweise ein Winkelbereich umfassend 45° verstanden werden, der beliebig innerhalb des Bereiches von 0° bis 90° liegen kann.
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Allgemein kann der Winkel bzw. die Winkelstellung zwischen einer Deckelseite, die dem Gerät und/oder Aufnahmeraum zugewandt ist, und dem Aufnahmeraum und/oder einer Deckel-Auflagefläche des Geräts gemessen werden. Insbesondere kann der Winkel um die Schwenkachse gemessen werden. Entsprechend kann im Fall des Verschwenkens um eine nicht-horizontale Schwenkachse (insbesondere bei vertikalen Schwenkachse), wie dies bei Deckeln bzw. Türen von Kühlgeräten verbreitet ist, der geschlossene Zustand ebenfalls einer Winkelstellung 0° entsprechen. Das Öffnen kann fortgesetzt werden, bis der Deckel z.B. in einem Winkel von 90° oder mehr zu einer Auflageebene und/oder Längsschnittebene oder auch Öffnungsebene des Aufnahmeraums steht.
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Insbesondere wird ein Laborgerät und besonders bevorzugt eine Laborzentrifuge, ein Schüttler oder ein Laborkühlgerät vorgeschlagen, mit einem Deckel (insbesondere zum Verschließen eines Rotorraums) und einem hiermit (insbesondere mechanisch) verbundenen Stützmechanismus (oder, mit anderen Worten, ein Stützgetriebe), wobei der Stützmechanismus aufweist:
- - ein drehbar gelagertes Schwingenelement (oder, anders ausgedrückt, ein Hebelelement), das nach Maßgabe eines Öffnens des Deckels verdrehbar ist,
- - wenigstens ein elastisch deformierbares Federelement, das nach Maßgabe einer Drehung des Schwingenelements unter Erzeugen einer Federkraft elastisch deformierbar ist,
sodass der Stützmechanismus infolge der erzeugbaren Federkraft dazu eingerichtet ist, den Deckel in einer geöffneten Stellung zu halten.
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Die überwiegend und bevorzugt rein mechanische Ausgestaltung des Stützmechanismus ist aufgrund einer bevorzugt geringen Komponentenanzahl sowie zuverlässiger Verbindungen zwischen den Komponenten wenig verschleißanfällig. Somit kann die Haltefunktion zuverlässig über eine lange Lebensdauer bereitgestellt werden.
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Wie erwähnt, kann der Deckel in einer geschlossenen Stellung im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein, also senkrecht zu einer vertikalen Raumachse verlaufen, entlang derer eine Gravitationskraft wirkt. Dies gilt insbesondere für Laborzentrifugen, deren Rotorraum kann den einleitend erwähnten Rotor umfassen, der um eine bevorzugt vertikale Raumachse drehbar ist. Durch Öffnen des Deckels ist der Rotorraum entsprechend aus Sicht des Bedieners von oben zugänglich, d.h. an seiner Oberseite offen. Sämtliche Richtungsangaben können sich auf eine betriebsbereite Positionierung des Laborgeräts richten, zum Beispiel bei einem Aufstellen auf einem Tisch.
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Auch eine aufrechte Deckelausrichtung z.B. in vertikalen Raumebenen ist möglich. Dies gilt insbesondere für Laborgeräte mit vertikalen Schwenkachsen des Deckels, beispielsweise Kühlgeräte.
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Der Stützmechanismus erstreckt sich bevorzugt außerhalb eines Probenaufnahmeraums des Laborgeräts und insbesondere seitlich hiervon. Er kann sich in einem Zwischenraum zwischen dem Probenaufnahmeraum und einem Gehäuse oder einer Außenverkleidung des Laborgeräts erstrecken. An diesem Gehäuse kann auch der Deckel drehbar gelagert sein. Bevorzugt ist der Stützmechanismus im Wesentlichen innerhalb oder parallel zu einer vertikalen Raumebene angeordnet, was platzsparend ist.
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Der Stützmechanismus kann neben dem Schwingenelement und dem Federelement auch noch weitere nachstehend erläuterte Komponenten umfassen. Das Schwingenelement, aber auch das nachstehend erwähnte Koppelelement bilden jeweils ein mechanisches Element oder auch mechanisches Glied. Diese sind bevorzugt starr bzw. nicht deformierbar. Sie können allgemein eine gewünschte Kraftübertragung ausgehend von dem deformierbaren Element auf den Deckel und/oder umgekehrt ermöglichen. Die Abmessungen und Verbindungen untereinander sowie mit dem Deckel können in der hierin noch geschilderten Weise derart erfolgen, dass aufgrund hierdurch definierter Hebelarme gewünschte Stützwirkungen erzielbar sind und insbesondere der Deckel in einer Vielzahl von und bevorzugt sämtlich einnehmbaren geöffneten Stellungen gehalten werden kann.
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Unter einem Halten des Deckels in einer geöffneten Stellung (also in einer von 0° verschiedenen Winkelstellung) kann verstanden werden, dass die Gewichtskraft des Deckels durch den Stützmechanismus ausgleichbar ist, sodass dieser ohne manuelle Krafterzeugung in der entsprechenden Stellung gehalten werden kann. Dies ermöglicht einem Bediener, beidhändig z.B. Proben aus dem Rotorraum zu entnehmen oder dort zu positionieren, was den Bedienkomfort erhöht.
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Das Schwingenelement kann drehbar innerhalb des Laborgeräts gelagert sein. Ein hierfür vorgesehenes Drehlager (oder auch Drehgelenk) kann ebenfalls von dem Stützmechanismus umfasst sein. Allgemein kann das Schwingenelement langgestreckt ausgebildet sein, d.h. ein gegenüber dessen anderen Abmessungen (z.B. Breite und Höhe) größere und bevorzugt mindestens doppelte oder dreifache Länge bzw. Längserstreckung aufweisen. Die Drehachse des Schwingenelements kann horizontal, vertikal verlaufen und/oder parallel zu einer Schwenkachse des Deckels. Wie nachstehend noch näher erläutert, ist das Schwingenelement bevorzugt nicht unmittelbar in einem seiner Endbereiche drehbar gelagert, sondern in einer dazwischenliegenden Position. Das Schwingenelement kann also nach Art einer Wippe verschwenkbar sein. Dessen sich entlang der Längsachse betrachtet gegenüberliegende oder, mit anderen Worten, voneinander entfernte Endbereiche können sich entsprechend gegenläufig auf- und abbewegen.
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Die Verbindung von Deckel und Stützmechanismus kann derart erfolgen, dass hierzwischen Kräfte übertragbar sind. Folglich können auch Bewegungen des Deckels auf den Stützmechanismus und umgekehrt übertragen werden. Die Verbindung kann mechanisch erfolgen, insbesondere durch ein Befestigen des Stützmechanismus am Deckel. Wie nachstehend noch erläutert, kann hierfür ein gesondertes Koppelelement vorgesehen sein. Das Schwingenelement kann also lediglich mittelbar mit dem Deckel verbunden sein, insbesondere über das erwähnte Koppelelement.
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Aufgrund der Verbindung zum Deckel kann das Schwingenelement z.B. beim Öffnen des Deckels in eine erste Richtung und beim Schließen des Deckels in eine entgegengesetzte Richtung verdreht werden. Beispielsweise kann bei einem mittig gelagerten Schwingenelement ein erstes Ende hiervon zumindest mittelbar mit dem Deckel verbunden sein, während ein anderes (entferntes oder gegenüberliegendes) Ende mit dem elastischen Federelement verbunden ist.
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Das Federelement kann mit dem Schwingenelement mechanisch verbunden und insbesondere daran befestigt sein. Alternativ kann sich das Schwingenelement an dem Federelement kraftübertragend abstützen. Durch Verdrehungen des Schwingenelements kann dieses Druckkräfte auf das Federelement ausüben oder aber Zugkräfte. Anders ausgedrückt kann es einen Raum begrenzen und variieren, in dem sich das Federelement erstreckt. Im Rahmen der Verdrehung kann das Schwingenelement diesen Raum vergrößern oder verkleinern, woraufhin das Federelement entsprechend gestreckt oder gestaucht wird.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Federelement in einem Bereich des Schwingenelements an eben diesem befestigt ist oder sich an einem entsprechenden Bereich abstützt, der entfernt von dem Drehlager positioniert ist. Im Rahmen einer Drehung des Schwingenelements wird dieser Bereich entsprechend auf- und abbewegt und kann somit auch das Federelement entsprechend gestaucht oder gestreckt werden.
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Gemäß einem allgemeinen Funktionsprinzip kann vorgesehen sein, dass der Deckel infolge seiner Gewichtskraft ein Moment um ein Drehlager erzeugen kann, über das der Deckel mit dem Laborgerät und insbesondere dessen Gehäuse verbunden ist. Dieses Moment kann schließend wirken. Es kann ferner mit einem zunehmenden Öffnungswinkel einnehmen, da dann der Schwerpunkt des Deckels derart in Richtung des Drehlagers bewegt wird, dass ein zwischen Schwerpunkt und Drehlager wirksamer Hebelarm verringert wird.
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Der Stützmechanismus ist hingegen bevorzugt dazu eingerichtet, ein entgegenwirkendes Moment um das Drehlager aufzubringen. Anders ausgedrückt kann dieses Moment öffnend wirken bzw. allgemein entgegen dem infolge der Gewichtskraft des Deckels erzeugten Moments. In diesem Fall nimmt das Moment bevorzugt mit einer zunehmenden Deckelöffnung ab, da auch das per Gewichtskraft erzeugte Moment in der vorstehend geschilderten Weise abnimmt. Eine solche Abnahme kann durch eine entsprechende Variation der Federkraft erzielt werden.
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Allgemein bevorzugt wird, dass sich das per Gewichtskraft erzeugte Moment des Deckels und des vom Stützmechanismus erzeugte gegenläufige Moment im Wesentlichen ausgleichen (z.B. um nicht mehr als 5 Nm oder nicht mehr als 2 Nm voneinander abweichen), bevorzugt in mehr als zwei Stellungen (bzw. mehr als zwei Gleichgewichtslagen) und ferner bevorzugt über mehr als die Hälfte des Bewegungsspektrums, also mehr als die Hälfte aller vom Deckel einnehmbaren geöffneten Stellungen (beispielsweise zumindest zwischen 10° und 60° Öffnungswinkel des Deckels). Würde hingegen ein größeres Moment durch den Stützmechanismus als entgegenwirkendes Gewichtskraft-Moment vom Deckel aufgebracht werden, würde der Deckel sozusagen automatisch per Federkraft angehoben werden. Dies kann aus Sicht des Benutzers irritierend sein und gegebenenfalls zu Kollisionen führen.
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Würde hingegen ein geringeres Moment durch den Stützmechanismus als durch die Deckel-Gewichtskraft erzeugt werden, würde der Deckel automatisch absinken. Dies kann zu einem Einklemmen von Objekten durch den Deckel führen und verringert allgemein den Bedienkomfort aus Sicht des Nutzers, der den Deckel dann manuell aufhalten muss.
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Bevorzugt ist also vorgesehen, dass auch die Federkraft nach Maßgabe einer Öffnung des Deckels und hierüber erzeugter Verdrehungen des Schwingenelements variabel ausfällt. Insbesondere ist diese derart erzeugbar, dass sich der vorstehend geschilderte Momentenausgleich einstellt. Folglich kann vorgesehen sein, dass die Federkraft mit einem zunehmenden Öffnungswinkel des Deckels abnimmt, insbesondere linear abnimmt.
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Gemäß einer Variante ist das Federelement eine Zugfeder. Diese kann bei geschlossenem Deckel oder allgemein bei geringen Öffnungswinkeln (z.B. von weniger als 10°) signifikant gestreckt sein, um eine entsprechend große Federkraft zu erzeugen. Anschließend kann sie sich bei zunehmender Öffnung des Deckels zunehmend entspannen, sodass die Federkraft aufgrund der abnehmenden Dehnung abnimmt.
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Gemäß einer alternativen Variante ist das Federelement eine Druckfeder. Diese kann bei einem geöffneten Deckel oder allgemeinen geringen Winkelstellungen (z.B. weniger als 10°) stark komprimiert sein, um entsprechend große Federkräfte zu erzeugen. Bei zunehmender Öffnung des Deckels kann sie sich hingegen entspannen (d.h. eine Längenzunahme erfahren), wodurch die Federkräfte entsprechend abnehmen können.
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Es ist auch möglich, dass sich der Dehnungszustand von Zug zu Druck (oder umgekehrt) während eines Bewegens des Deckels ändert.
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Das Federelement kann auch eine Spiralfeder oder Drehstabfeder sein. Dann ist es bevorzugt im Bereich des Drehlagers des Schwingenelements positioniert und bevorzugt derart mit dem Drehlager und/oder Schwingenelement gekoppelt, dass es nach Maßgabe der Rotation des Schwingenelements deformiert wird.
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Allgemein erfordert eine Deformation des Federelements nach Maßgabe der Drehung des Schwingenelements nicht zwingend, dass das Schwingenelement die Deformation direkt verursacht, sich zum Beispiel direkt am Federelement abstützt. Dies stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dar. Stattdessen kann die Deformation des Federelements nach Maßgabe der Drehung des Schwingenelements lediglich in einer mittelbaren Abhängigkeit bestehen. Dies kann zum Beispiel dann der Fall sein, wenn sich die Deformation und Drehung bei einer Deckelbewegung zu gleichen Zeitpunkten oder in über gleichen Winkelstellungen ändern. Beispielweise können Federelemente und Schwingelemente zu gleichen Zeitpunkten bzw. in gleichen Winkelstellungen oder über gewisse Winkelstellungsbereiche deformiert bzw. verdreht werden, auch wenn diese lediglich mittelbar mechanisch miteinander gekoppelt sind. Allgemein kann also vorgesehen sein, dass zumindest über einen gewissen Bereich der Drehbewegung des Schwingenelements parallel auch eine Federelementdeformation erfolgt, diese also nach Maßgabe der Drehung auftritt. Weiter kann neben der Drehbewegung auch eine Translationsbewegung von Deckel und/oder Schwingenelement erfolgen.
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Die geschilderten Längenänderungen der beispielhaften Federelemente können dadurch erzielt werden, dass diese mit Bereichen des Schwingenelements gekoppelt werden, die sich von dem Federelement (und insbesondere einem an dem Gehäuse befestigten Bereich hiervon) bei einer Öffnung des Deckels in entsprechender Weise zunehmend entfernen oder an diesen annähern. Beispiele hierfür werden insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren noch geschildert.
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Wie bereits erwähnt, ist der Stützmechanismus bevorzugt dazu eingerichtet, den Deckel in mehr als zwei Stellungen zu halten (d.h. gegen ein Absinken zu sichern) und/oder entsprechende wenigstens zwei Gleichgewichtslagen zu definieren. Besonders bevorzugt ist der Stützmechanismus dazu eingerichtet, den Deckel in mehr als der Hälfte von ihm einnehmbaren geöffneten Stellung (insbesondere über wenigstens die Hälfte der einnehmbaren Öffnungswinkel) zu halten und genauer gesagt gegen ein Absinken in die geschlossene Stellung zu stützen. Auch ein Halten in sämtlichen Stellungen und Öffnungswinkel ist somit möglich.
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Wie ebenfalls erwähnt, kann der Deckel durch (bzw. über) wenigstens ein Drehlager innerhalb des Laborgeräts gelagert sein. Beispielsweise kann sich der Deckel über das Drehlager an einem Gehäuse des Laborgeräts abstützen oder mit diesem Gehäuse verbunden sein. Der Stützmechanismus ist bevorzugt in einem Abstand zu dem Drehlager mit dem Deckel verbunden.
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Beispielsweise kann er an einer Seitenfläche oder allgemein einem Rand des Deckels mechanisch mit diesem verbunden und insbesondere an diesem befestigt sein, wobei sich der Befestigungsort in einem Abstand zu dem Drehlager befindet. Insbesondere kann das Drehlager eine Drehachse definieren. Die Seitenfläche und/oder eine hierzu parallel verlaufende Längsachse des Deckels kann sich orthogonal zu dieser Drehachse erstrecken. Der Befestigungsort kann entlang der Seitenfläche und/oder Längsachse betrachtet von dem Drehlager beabstandet sein. Bevorzugt liegt er aber näher zum Drehlager als zu einer entlang der Längsachse betrachteten vorderen Kante des Deckels. Insbesondere kann er zwischen einer Hälfte der Länge des Deckels (entlang der Längsachse betrachtet) und dem Drehlager positioniert sein.
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Es hat sich gezeigt, dass dies ein kompaktes Ausgestalten des Stützmechanismus ermöglicht, da dann ein noch erläutertes Koppelelement vorteilhafterweise an einem ersten Bereich des Schwingenelements befestigbar sein kann, während mit dem anderen Ende das elastisch deformierbare Element vorteilhafterweise deformierbar ist. Dadurch, dass die Verbindung von Stützmechanismus und Deckel in einem Abstand zum Deckel-Drehlager erfolgt, wird aber auch ein gewisser Hebelarm zum Erzeugen des Moments des Stützmechanismus um das Drehlager bereitgestellt, was die zu erzeugende Federkraft zum Halten des Deckels begrenzt.
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Gemäß einer Weiterbildung ist das Schwingenelement in einem ersten Bereich (z.B. an einem ersten Ende) zumindest mittelbar mit dem Deckel verbunden (z.B. über das bereits erwähnte Koppelelement). In einem zweiten Bereich (z.B. an einem zweiten entfernten, gegenüberliegenden oder abgewandten Ende) des Schwingenelements ist dieses bevorzugt mit dem Federelement gekoppelt. In einem dritten Bereich des Schwingenelements kann dieses mit einem Drehlager gekoppelt bzw. hierüber drehbar gelagert sein. Dabei liegt der dritte Bereich bevorzugt zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich. Dies ermöglicht die platzsparende, aber effektive Kraftaufbringung des Stützmechanismus durch ein wippenartiges, da mittig drehbar gelagertes, Schwingenelement.
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Der erste und zweite Bereich können entsprechend gegenläufig rotieren. Beispielsweise kann der zweite Bereich bei einem Öffnen des Deckels einwärts verschwenkt werden (z.B. an vertikaler Höhe verlieren), wohingegen bei einem Schließen des Deckels dieser Bereich vertikal nach oben bewegt werden kann (d.h. an Höhe gewinnt). Der erste Bereich kann jeweils entsprechend gegenläufig rotieren. Ein Federelement, das sich an dem zweiten Bereich abstützt oder hiermit gekoppelt ist, kann entsprechend nach Maßgabe der Rotation dieses zweiten Bereichs gestaucht und gestreckt werden. Dies stellt eine effektive Möglichkeit bereit, um eine Deckelrotation in gewünschte Deformationen des Federelements sowie hiervon erzeugte Federkräfte zum Aufbringen eines Moments zum Halten des Deckels zu übersetzen.
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Bevorzugt befindet sich der dritte Bereich des Schwingenelements (an dem dieses mit dem Drehlager gekoppelt ist) näher zu dem ersten Bereich als zu dem zweiten Bereich. Beispielsweise kann ein Abstand zwischen dem dritten Bereich und dem zweiten Bereich wenigstens das 1,5-fache oder auch wenigstens das Zweifache des Abstandes zwischen dem dritten Bereich und dem ersten Bereich aufweisen. Diese Abstände können jeweils entlang einer Längsachse des Schwingenelements gemessen werden. Es hat sich gezeigt, dass sich hierüber bei erhöhter Kompaktheit des Stützmechanismus geeignete Hebelarme zum Erzielen der gewünschten Kräfte- und Momentenwirkung erzielen lassen.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Schwingenelement über ein Koppelelement mit dem Deckel verbunden ist. Das Koppelelement kann stangenartig und/oder zylindrisch geformt sein. Es ist bevorzugt mechanisch starr und, wie vorzugsweise auch das Schwingenelement, aus einem Kunststoff- oder Metallmaterial hergestellt. Insbesondere kann das Koppelelement jeweils drehbar mit dem Deckel und mit dem Schwingenelement gekoppelt sein. Hierüber können Bewegungen des Deckels zuverlässig und verschleißarm in entsprechende Drehbewegungen des Schwingenelements umgesetzt werden und somit in gewünschte Deformationen des Federelements.
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Das Koppelelement kann sich zusätzlich auch translatorisch bewegen, zum Beispiel innerhalb eines definierten Winkelbereichs des verschwenkenden Deckels.
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Das Schwingenelement ist gemäß einem Aspekt bevorzugt länger als das Koppelelement. Neben einer Platzersparnis aufgrund der reduzierten Baugröße des Koppelelements lassen sich hierüber Hebelarme erzielen, die für den gewünschten Kraft- bzw. Momentenverlauf vorteilhaft sind. Auch eine kürzere Ausbildung ist aber möglich, was eine Reduzierung der Tiefe oder auch der horizontalen Erstreckung des Laborgeräts ermöglicht.
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Allgemein kann vorgesehen sein, dass das Koppelelement nicht-horizontal verläuft und auch bei Öffnungen des Deckels bevorzugt keine horizontalen Lagen einnehmen kann. Stattdessen kann es in einem Winkel von weniger als 80° und bevorzugt weniger als 60° zu einer vertikalen Raumachse geneigt sein, was bevorzugt für sämtliche Öffnungszustände des Deckels gilt, zumindest aber für dessen geschlossene Stellung. Das Schwingenelement kann hingegen in wenigstens einer Öffnungsstellung des Deckels im Wesentlichen horizontal verlaufen oder allgemein größere Winkel mit der vertikalen Raumachse einschließen als das Koppelelement. Dies kann zumindest im geschlossenen Zustand des Deckels gelten, vorzugsweise aber bei jeder Öffnungsstellung des Deckels. Durch Kombination eines entsprechend im Wesentlichen vertikal aufrechten Koppelelements mit einem im Wesentlichen horizontalen Schwingenelement, das aber bevorzugt länger als das Koppelelement ist, wird die vertikale Bauhöhe des Stützmechanismus begrenzt. Somit kann auch die Höhe des Laborgeräts geringer ausfallen.
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Gemäß einer bevorzugten Variante ist also vorgesehen, dass eine horizontale Abmessung des Stützmechanismus größer ist als eine vertikale Abmessung hiervon. Auch dies kann zumindest bei einer geschlossenen Stellung des Deckels gelten, vorzugsweise aber bei sämtlichen Öffnungsstellungen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Stützmechanismus zumindest bei geschlossener Stellung des Deckels vollständig in einem Gehäuse aufgenommen ist oder aber das lediglich das Koppelelement aus dem Gehäuse herausragt. Selbst wenn aber der Deckel in geöffnete Stellungen und insbesondere eine maximal geöffnete Stellung (z.B. 90°) versetzt wird, kann allenfalls das Koppelelement geringfügig aus dem Gehäuse hervorstehen, bevorzugt aber nicht das Schwingenelement. Dies mindert Verletzungsrisiken und ermöglicht wiederum eine im Wesentlichen horizontale Anordnung des Schwingenelements sowie eine allgemein reduzierte Baugröße.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Laborgerät einen Aktor auf, der dazu eingerichtet ist, eine Kraft zum Bewegen des Deckels zu erzeugen. Insbesondere kann er ein erforderliches Differenzmoment aufbringen, um die sich bevorzugt aufhebenden Momente aus dem Deckel-Eigengewicht und der Federkraft zu überwinden und ein Öffnen oder Schließen des Deckels zu veranlassen. Allgemein kann der Aktor also dazu eingerichtet sein, den ggf. bereits geöffneten Deckel aus einer (bevorzugt beliebigen) Gleichgewichtslage zu bewegen.
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Es versteht sich, dass die Kraft des Aktors insbesondere in ein Moment um ein etwaiges Drehlager des Deckels umsetzbar ist bzw. in einem solchen Moment resultieren kann. Der Aktor kann insbesondere ein Elektromotor sein. Beispielsweise kann es sich um einen Servomotor handeln oder allgemein um einen Motor, dessen Winkelstellung erfassbar ist (z.B. mittels eines Encoders). Zusätzlich oder alternativ können Drehzahlen des Elektromotors erfassbar sein. Gemäß einer Variante ist der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor (auch als BLDC-Motor bezeichnet). Allgemein kann vorgesehen sein, eine Winkelstellung des Motors und/oder eine Drehzahl zu erfassen und in der hierin geschilderten Weise auszuwerten. Die Auswertung kann z.B. über eine Steuerung des Motors erfolgen. Bevorzugt ist der Motor dauerhaft mit dem Stützmechanismus mechanisch gekoppelt, sodass sich Bewegungen des Stützmechanismus in Motorrotation übersetzen, und umgekehrt.
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Allgemein kann der Aktor manuell aktivierbar sein, z.B. über Bedienelemente (insbesondere Druckknöpfe) oder per Gestensteuerung. Ein Benutzer kann demnach den Aktor zur Krafterzeugung zwecks Öffnung des Deckels und/oder Schließen hiervon selektiv aktivieren. Alternativ kann der Motor bei einer festgestellten manuellen Deckelanhebung aktiviert oder, mit anderen Worten, selektiv unterstützend zugeschaltet werden. Eine manuelle Deckelanhebung kann z.B. dadurch erkannt werden, dass sich eine Drehzahl des Motors ändert, obwohl keine entsprechende Leistungsaufnahme durch den Motor erfolgt und/oder der Motor elektrisch abgeschaltet ist.
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Der Aktor kann ferner dazu eingerichtet sein, bei Erkennen einer Verklemmgefahr von z.B. einem Finger während eines Schließens des Deckels automatisch eine Krafterzeugung zu unterbrechen. In diesem Fall kann beispielsweise eine Leistungsaufnahme des Motors nicht in erwartete Drehzahlen übersetzt werden, was als ein beginnendes Einklemmen z.B. von einer Motorsteuerung erkannt werden kann. Daraufhin kann eine Krafterzeugung durch den Motor z.B. durch elektrisches Abschalten unterbrochen werden.
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Das Vorsehen eines Aktors im Zusammenhang mit dem offenbarten Stützmechanismus ist daher besonders vorteilhaft, da der Stützmechanismus nach wie vor signifikante Kräfte bzw. Momente und insbesondere ausreichende Kräfte zum Halten des Deckels in einer geöffneten Stellung aufbringen kann. Insbesondere kann der Stützmechanismus in zahlreichen und insbesondere beliebig vielen Lagen (Gleichgewichtslagen) den Deckel selbständig halten. Es existiert also oftmals und bevorzugt stets ein Kräftegleichgewicht zwischen der Gewichtskraft des Motors und den vom Stützmechanismus automatisch per Federkraft erzeugten entgegenwirkenden Haltekräften. Der Aktor muss demnach lediglich eine geringe Kraft aufbringen, um den Deckel weiter anheben zu können. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu Fällen, in den der Deckel ohne entsprechende Haltewirkungen durch einen separaten Stützmechanismus vollständig vom Aktor angehoben werden müsste oder aber lediglich geringe Kräfte z.B. durch eine Gasdruckfeder oder dergleichen erzeugt werden würden.
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Weiter bieten sich aufgrund der verschiedenen Komponenten des Stützmechanismus zahlreiche Anbindungsmöglichkeiten (d.h. Krafteinleitungsmöglichkeiten) für den Aktor. Dieser kann entsprechend platzsparend innerhalb des Laborgeräts positioniert werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Krafteinleitungsbereich gewählt werden, mit dem bevorzugte Hebelarme oder Hebelwirkungen erzielbar sind, sodass die vom Aktor zu erzeugenden Kräfte zusätzlich reduziert werden können.
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Gemäß einer Variante erfolgt die Krafteinleitung des Aktors in den Stützmechanismus über bzw. in das Schwingenelement. Insbesondere kann die Kraft nahe des bereits erwähnten ersten Bereichs eingeleitet werden und/oder an einem ersten Ende des Schwingenelements. Es kann sich aber auch um einen Bereich handeln, der zwischen dem bereits erwähnten ersten und dritten Bereich des Schwingenelements liegt, also zwischen dem Drehlager und dem ersten Bereich, an dem z.B. das Koppelelement angeordnet ist. Diese Varianten sind dahingehend vorteilhaft, als dass der Rest des Schwingenelements dann als ein Hebel für den Motor dient, um das Federelement zusätzlich zu dehnen oder zu komprimieren.
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Eine Weiterbildung sieht also vor, dass der Aktor kraftübertragend mit dem Stützmechanismus und bevorzugt mit dem Schwingenelement gekoppelt ist. Insbesondere kann der Aktor an dem Schwingenelement angreifen und/oder hiermit in Eingriff stehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Aktor über eine Verzahnung mit dem Stützmechanismus gekoppelt ist. Beispielsweise kann der Aktor und insbesondere kann eine Ausgangswelle hiervon ein Ritzel aufweisen, das in eine Verzahnung (insbesondere eine Verzahnungskurve) des Stützmechanismus eingreift. Diese Verzahnung kann wiederum an dem Schwingenelement ausgebildet und/oder daran angeordnet sein. Die Verzahnung kann beispielsweise als ein Verzahnungsteil ausgebildet sein und/oder als ein Verzahnungsabschnitt oder als ein Verzahnungssegment. Diese können jeweils an dem Schwingenelement angeordnet oder in diesem ausgebildet sein. Die Verzahnung kann entlang eines Kreisbogensegments, eines Kurvensegments oder allgemein entlang einer gekrümmten Achse ausgebildet sein. Durch Rotation des Motors und insbesondere eines hiervon angetriebenen Ritzels kann das Verzahnungssegment oder Verzahnungsteil relativ zum Motor verschwenkt werden und insbesondere vertikal auf- und abbewegt werden.
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Gemäß einer Variante ist der Aktor über ein Kegelradgetriebe mit dem Stützmechanismus verbunden bzw. ist die bevorzugt vorgesehene Verzahnung Bestandteil eines solchen Kegelradgetriebes oder bildet ein solches. Alternativ kann auch ein Stirnradgetriebe vorgesehen und/oder ausgebildet sein. Wie noch anhand der Figuren erläutert, ergeben sich hierbei jeweils vorteilhafte Möglichkeiten zum platzsparenden Anordnen des Aktors innerhalb des Laborgeräts.
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Allgemein kann der Aktor auch über eine Getriebestufe mit dem Stützmechanismus verbunden sein, insbesondere über eine Untersetzungsstufe.
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Wie erwähnt, sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass der Aktor mit dem Schwingelement an (bzw. in) einer Position gekoppelt und insbesondere befestigt ist, die näher an dem ersten als an dem zweiten Bereich liegt. Hierdurch ergeben sich die bereits geschilderten Vorteile hinsichtlich effektiver Hebelarme und platzsparender Anordnungsmöglichkeiten für den Aktor.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Positionsinformation des Deckels und/oder des Stützmechanismus sensorisch erfassbar. Die Positionsinformation kann eine Winkelstellung des Deckels angeben und/oder Rückschlüsse hierauf ermöglichen (zum Beispiel in eine solche Winkelstellung umrechenbar sein). Sie kann in der geschilderten Weise aus Betriebsgrößen des Aktors abgeleitet werden und insbesondere aus der Rotorstellung eines Elektromotors. Es ist aber ebenso möglich, in den Stützmechanismus einen Abstandssensor oder einen anderweitigen Sensor zu integrieren, der einen aktuellen Bewegungszustand des Stützmechanismus erfasst. Beispielsweise kann aus einem Abstand eines bestimmten Bereiches des Schwingelements zu einer Bodenplatte des Laborgeräts auf eine aktuelle Winkelstellung des Schwingenelements geschlossen werden, die wiederum in eine Winkelstellung des Deckels umrechenbar ist.
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Mit der Positionsinformation können die nachstehend geschilderten Öffnungswinkel, Bewegungsgeschwindigkeiten oder anderweitige Betriebszustände des Laborgeräts und insbesondere des Deckels überprüft werden. Weiter können hierdurch auch die vorstehend geschilderten Plausibilitätsprüfungen durchgeführt werden, zum Beispiel um Verklemmungen zu erkennen.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass wenigstens ein Öffnungswinkel des Deckels vorgebbar und der Aktor zum Einstellen dieses Öffnungswinkels ansteuerbar ist (bzw. dazu eingerichtet ist, diesen Öffnungswinkel einzustellen). Insbesondere kann der Öffnungswinkel als ein Zielzustand oder Sollwert hinterlegbar und insbesondere programmierbar sein, z.B. durch einen Bediener oder seitens eines Herstellers. Anschließend kann bspw. durch eine (bevorzugt einzige) Eingabe oder einen allgemeinen Öffnungsbefehl dieser Winkel eingestellt werden. Hierdurch kann das Laborgerät an Nutzervorlieben oder an reale Platzverhältnisse im Labor geeignet angepasst werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Bewegungskennlinie des Deckels vorgebbar sein und der Aktor ist zum Bewegen des Deckels gemäß dieser Bewegungskennlinie eingerichtet. Die Bewegungskennlinie kann z.B. eine Winkeländerungsrate je Winkelposition definieren und/oder allgemein einen bevorzugt öffnungswinkelabhängigen Verlauf der Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Deckels. Derartige Kennlinien bzw. Verläufe können dann von dem Aktor zum Beispiel durch eine öffnungswinkelabhängige Momentenvariation umgesetzt werden. Erneut kann die Bewegungskennlinie als ein Zielzustand oder Sollwert hinterlegbar und insbesondere programmierbar sein, z.B. durch einen Bediener oder seitens eines Herstellers. Hierdurch kann ein dem Bediener vertrautes Bewegungsverhalten des Deckels simuliert werden, wie es bei bekannten Systemen z.B. mit einer Gasfeder auftritt.
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Die Erfindung betrifft auch einen Stützmechanismus für ein Laborgerät nach jeglichem hierin geschilderten Aspekt. Insbesondere kann der Stützmechanismus das erwähnte drehbar gelagerte Schwingelement aufweisen, das nach Maßgabe eines Öffnens des Deckels verdrehbar ist und wenigstens ein elastisch deformierbares Federelement, das nach Maßgabe einer Drehung des Schwingelements unter Erzeugen einer Federkraft deformierbar ist, sodass der Stützmechanismus infolge der erzeugbaren Federkraft einen an den Stützmechanismus koppelbaren Deckel in einer geöffneten Stellung halten kann. Der Stützmechanismus kann sämtliche weitere Merkmale umfassen, die hierin im Zusammenhang mit dem Stützmechanismus erwähnt sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Figurenübergreifend können dabei gleichwirkende oder gleichartige Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
- 1A-1B zeigen eine Teilansicht einer Laborzentrifuge als Beispiel eines Laborgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem geschlossenen (1A) und einem geöffneten Deckel (1B).
- 2A-2B zeigen eine Laborzentrifuge als Beispiel eines Laborgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem geschlossenen Deckel (2A) und einem geöffneten Deckel (2B).
- 3A-3B zeigen eine Funktionsskizze eines Stützmechanismus samt Deckel in einer geschlossenen (3A) und in einer geöffneten (3B) Stellung.
- 4 zeigt Verläufe relevanter Momente in Abhängigkeit eines Öffnungswinkels des Deckels für die Laborzentrifuge aus z.B. den 3A-3B.
- 5A-5B zeigen eine Teilansicht einer Laborzentrifuge als Beispiel eines Laborgeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem geschlossenen (5A) und einem geöffneten Deckel (5B).
- 6 zeigt eine Teilansicht einer Laborzentrifuge als Beispiel eines Laborgeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
- 7A-B zeigen Ansichten eines Laborkühlgeräts mit horizontaler (7A) und vertikaler (7B) Schwenkachse als Beispiel eines Laborgeräts gemäß einem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel.
- 8 zeigen Ansichten eines Schüttlers als Beispiel eines Laborgeräts gemäß einem achten Ausführungsbeispiel
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Im Folgenden wird zunächst beispielhaft auf die Varianten der 1A-1B und 2A-2B eingegangen, um dort den grundsätzlichen Aufbau eines Laborgeräts 1 in Form einer Laborzentrifuge 10 zu erläutern. Das grundsätzliche Funktionsprinzip der hierin offenbarten Lösung wird dann primär anhand der 3A-3B erläutert, um abschließend wiederum auf bevorzugte Realisierungen dieses Grundprinzips anhand der 1A-2B einzugehen.
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In den 1A-2B werden jeweils Bestandteile einer für die vorliegenden Lösungen relevanten Laborzentrifuge gezeigt. Nicht gezeigt sind weitere grundsätzlich bekannte Bestandteile der Laborzentrifuge, wie z.B. der eigentliche Rotor sowie dessen Antriebseinheit. Beispielhaft bezugnehmend auf 1A erkennt man eine im Wesentlichen ebenen bzw. plattenförmigen Deckel 12. Dieser ist in einer geschlossenen Stellung positioniert. Bezugnehmend auf das räumliche Koordinatensystem der 1A erstreckt sich der Deckel 12 im Wesentlichen in einer horizontalen Raumebene, die durch die X- und Y-Achse gebildet wird. Die Z-Achse entspricht einer vertikalen Raumachse, entlang derer die Gravitationskraft wirkt. Die Laborzentrifuge 10 ist in sämtlichen hier gezeigten Abbildungen mit einer typischen betriebsbereiten Orientierung gezeigt, wie sie auch im praktischen Einsatz bevorzugt eingenommen wird.
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In 1B (aber auch 2B) ist der Deckel 12 in einer geöffneten Stellung gezeigt. Man erkennt, dass er in diesem Fall im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, also in einer die Z-Achse enthaltenen Ebene. Um zwischen dem geschlossenen und dem geöffneten Zustand der 1A-1B zu wechseln, ist der Deckel 12 an einer seiner Seiten drehbar mit einem Gehäuserahmen 14 (oder allgemein einem Gehäuse) der Laborzentrifuge (im Folgenden auch lediglich als Zentrifuge bezeichnet) 10 verbunden. Die beispielhaft vorgesehenen zwei Drehlager 16 sind in 1A-1B mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen. Eine Rotationsachse RD, um die der Deckel 12 verschwenkbar ist, erstreckt sich entsprechend in einer horizontalen Ebene. Gegenüberliegend zum Gehäuserahmen 14 ist eine Bodenplatte 15 angeordnet. Die Bodenplatte 15 und der Gehäuserahmen 14 erstrecken sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung und stellen jeweils plattenförmige Bauteile dar.
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An der Bodenplatte 15 ist eine stangenförmige Stütze 18 befestigt und auch ein Feder-Gegenlager 20. Dies ist jedoch lediglich optional und die Elemente 18, 20 (bzw. hiervon getragenen/gestützten weiteren Komponenten) könnten sich auch anderen Gehäuseteilen oder allgemein am Gehäuse abstützen. Über die Stütze 18 und das Federelement-Gegenlager 20 wird ein Stützmechanismus 22 gehalten und gelagert.
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Gestrichelt angedeutet sind auch Verbindungen der Bodenplatte 15 und des Gehäuserahmens 14. Hierbei handelt es sich um Kanten, die durch nicht dargestellte Außenwände oder auch Seitenflächen des Gehäuses der Laborzentrifuge 10 definiert werden. Die gezeigten weiteren Komponenten der Laborzentrifuge 10 und insbesondere der Stützmechanismus 22 sind also durch diese Außenwände verdeckt und im praktischen Betrieb nicht einsehbar bzw. nicht offenliegend. Zu Wartungszwecken können aber die entsprechenden Außenwände bevorzugt selektiv entfernt werden.
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Weiter ist in 1B noch der Rotorraum 26 markiert. Dort ist ein nicht dargestellter herkömmlicher Rotor der Zentrifuge 10 platziert und um eine nicht gesondert markierte vertikale Raumachse drehbar. Der Gehäuserahmen 14 weist eine kreisrunde Öffnung 28 auf, über die man bei geöffnetem Deckel 12 Zugang zum Rotorraum 26 erhält. Der Rotorraum 26 erstreckt sich zylindrisch mit nicht dargestellten geschlossenen Innenwänden, sodass der Stützmechanismus 22 außerhalb hiervon positioniert ist. Genauer gesagt ist der Stützmechanismus 22 zwischen einer Außenwand des Rotorraums 26 und einer Innenwand einer nicht dargestellten äußeren Gehäusewand positioniert.
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In 3A ist eine schematisch stark vereinfachte Prinzipskizze des Stützmechanismus 22 samt des Deckels 12 gezeigt. Weitere Bestandteile der Laborzentrifuge 10 sind nicht dargestellt. Die Blickachse entspricht der X-Achse aus 1A.
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Der Deckel 12 ist als ein langgestrecktes plattenförmiges Bauteil in entsprechender Seitenansicht dargestellt. Gezeigt ist auch wiederum eines der Drehlager 16, mit der der Deckel 12 an einem als feststehend angenommenen Gehäuse der Zentrifuge 10 angebracht ist. Der Stützmechanismus 22 ist ebenfalls über ein Drehlager mit dem feststehenden Gehäuse verbunden. Hierbei handelt es sich um ein Drehlager 19 an einem von der nicht dargestellten Bodenplatte 15 entfernten Ende der Stütze 18. Ein weiteres Drehlager 21 ist an einem wiederum von der Bodenplatte 15 abgewandten Ende des Federelement-Gegenlagers 20 bereitgestellt.
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Der Stützmechanismus 22 umfasst eine langgestreckte Schwinge 30. Die maßgebliche Längserstreckung der Schwinge 30 ist in 3A strichartig angedeutet. Wie anhand der 1A-2B ersichtlich, kann es sich um ein flaches langgestrecktes Element handeln, das beispielsweise in einer vertikalen Raumebene angeordnet und darin verschwenkbar ist (z.B. die Z-Y-Ebene aus 1A).
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Der Stützmechanismus 22 umfasst auch ein stangenförmiges Koppelelement 32, das wiederum als entsprechende Gerade (z.B. entsprechend dem Verlauf von dessen Längsachse) abgebildet ist. Das Koppelelement 32 ist über ein Drehgelenk 33 mit dem Deckel und über ein weiteres Drehgelenk 34 mit der Schwinge 30 verbunden. Die beiden Drehgelenke 33, 34 sind bevorzugt an voneinander entfernten bzw. voneinander abgewandten Enden des Koppelelements 32 angeordnet. Das Koppelelement 32 ist also nur so lang wie nötig, um die Verbindung zwischen Deckel 12 und Schwingenelement 30 herzustellen, was Bauraum spart.
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Das Schwingenelement 30 erstreckt sich von der gelenkigen Verbindung zum Koppelelement 32 (siehe Drehgelenk 34) zu einem noch weiteren Drehgelenk 35. Hierüber ist das Schwingenelement 30 mit einem elastisch deformierbaren Federelement 36 verbunden, das im gezeigten Beispiel eine Zugfeder ist. Die Drehgelenke 34, 35 sind ebenfalls in voneinander abgewandten Endbereichen der langgestreckten Schwinge 30 angeordnet. Zumindest in Bezug auf das Drehgelenk 34, mit dem die Verbindung zum Koppelelement 32 erfolgt, ist dies aber nicht zwingend (siehe nachstehend erläuterte Variante der 1A-1B). Vorteilhaft ist allerdings, dass die Drehgelenke 34, 35 beidseits des Drehlagers 19 angeordnet sind, über das das Schwingenelement 30 innerhalb der Zentrifuge 10 drehbar gelagert ist.
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Dabei ist allgemein hervorzuheben, dass jegliche Rotationsachsen der hierin erwähnten Drehlager 16, 19, 21 und auch Drehgelenke 33, 34, 35 senkrecht auf der Blattebene stehen, also in horizontaler räumlicher Richtung vorliegen.
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Das Schwingenelement 30 kann also nach Art einer Wippe um das Drehlager 19 verschwenken. Die Endbereiche, welche die Drehgelenke 34 und 35 aufweisen bzw. hiermit verbunden sind, bewegen sich gegenläufig auf und ab (d.h. einer dieser Endbereiche wird in vertikaler Richtung angehoben, während der andere absinkt, und umgekehrt).
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Zusammengefasst weist das Schwingenelement also einen ersten Bereich auf, in dem die Ankopplung zum Koppelelement 32 erfolgt (im gezeigten Fall einen Bereich B1 umfassend das Drehlager 34). Ferner weist das Schwingenelement einen zweiten Bereich B2 auf, in dem die Kopplung mit dem Federelement 36 erfolgt (im gezeigten Fall den Verbindungsbereich zum Drehlager 35). Dazwischen befindet sich ein dritter Bereich B3, in dem die Verbindung mit dem Drehlager 19 erfolgt.
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In 3A ist gezeigt, dass der Bereich B3 entlang der Längsachse des Schwingenelements 30 näher zum ersten Bereich B1 als zum zweiten Bereich B2 positioniert ist. Anders ausgedrückt sind die eingetragenen Hebelarme L1 und r derart ausgebildet, dass r größer als L1 ist.
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Das Federelement 36 ist über das Drehgelenk 35 drehbar mit dem Schwingelement 30 und über das Drehlager 21 mit der nicht gesondert gezeigten Bodenplatte 15 bzw. allgemein dem Gehäuseboden verbunden. Es ist folglich zwischen Schwingelement 30 und dem Gehäuse eingespannt. Nach Maßgabe einer Auf- und Abbewegung des Drehgelenks 35 wird eine Länge LF und somit ein Dehnungszustand des Federelements 36 variiert, da dessen mit dem Drehgelenk 35 gekoppeltes Ende relativ zum feststehenden Ende am Drehlager 21 analog auf- und abbewegt wird.
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Wie auch in 3B gezeigt, beruht der Stützmechanismus 22 im Wesentlichen auf dem folgenden Funktionsprinzip: Um dem Deckel 12 zu öffnen, wird dieser ausgehend von 3A nach rechts oben verschwenkt. Ein Winkel W zur horizontalen Raumebene nimmt daraufhin zu, und zwar von 0° in 3A auf einen Wert von z.B. bis zu 90°. 3B zeigt beispielhaft einen Öffnungswinkel W von ca. 60°. Gemeinsam mit dem Deckel 12 wird auch das Drehgelenk 33 verschwenkt und somit entlang der vertikalen Raumachse Z angehoben. Dieser Bewegung folgt das Koppelelement 33, das entsprechend auch das Drehgelenk 34 an dessen weiteren Ende vertikal anhebt. Das Schwingenelement 30 verkippt entsprechend im Uhrzeigersinn um das Drehlager 19, sodass der zweite Bereich B2 bzw. das dortige Drehgelenk 35 abgesenkt werden. Dies führt zu einer Kompression der Feder 36. Wie schematisch angedeutet, nimmt deren Länge LF2 gegenüber dem geschlossenen Zustand aus 3A deutlich ab.
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Wie erwähnt, handelt es sich bei dem Federelement 36 jedoch vorteilhafterweise um eine Zugfeder. Im geschlossenen Zustand von 3A ist die Feder gegenüber einer neutralen Länge (d.h. gegenüber einem undeformierten Zustand) gedehnt worden. Insbesondere ist sie dort maximal gedehnt, sodass eine von ihr erzeugte und entgegen der Dehnung wirkende Zugkraft F einen maximalen Wert annimmt. Im Zustand aus 3B wurde die Länge LF2 reduziert, da das Drehgelenk 35 näher zum Drehlager 21 bewegt wurde. Entsprechend geringer fällt auch die Federkraft F aus. Dennoch erzeugt diese Federkraft F ein Moment, das auf das Schwingenelement 30 im Uhrzeigersinn einwirkt. Entsprechend wird auch das Drehgelenk 34 vertikal nach oben gedrängt und wird auch ein entsprechender vertikaler Kraftanteil in das Koppelelement 32 eingeleitet. Insgesamt resultiert also die Federkraft F in einen Moment MF um das Drehlager 16 des Deckels 12, wobei dieses Moment MF entgegen dem Uhrzeigersinn wirkt bzw. den Deckel 12 in eine geöffnete Stellung drängt.
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Der Betrag des Moments MF ist abhängig von der Federkraft F und nimmt entsprechend bei zunehmenden Öffnungswinkel W ab. Hingegen erzeugt der Deckel 12 ein in eine Schließrichtung wirkendes Moment MS um das Drehlager 16. Dieses resultiert aus einem wirksamen Hebelarm H, der zwischen einem beispielhaft eingetragenen Schwerpunkt S des Deckels 12 und dem Drehlager 16 wirkt (im gezeigten Fall entlang der Y-Achse).
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Aus 3B erkennt man also, dass bei zunehmenden Öffnungswinkel W der Hebelarm H abnimmt und somit auch ein geringeres Schließmoment MS vom Deckel 12 bzw. von dessen Gewichtskräften um das Drehlager 16 erzeugt wird. Entsprechend fällt auch das vom Federelement 36 mittelbar erzeugte Moment MF geringer aus, um dieses Schließmoment MS ausgleichen zu können. Hingegen werden bei geringen Schließwinkeln deutlich höhere Kräfte benötigt bzw. muss das Moment MF deutlich höher ausfallen. Wie aus 3A ersichtlich, gelingt dies vorliegend durch eine größere Dehnung LF des Federelements 36 in diesem Zustand.
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Vorteilhafterweise wird das Moment MF derart erzeugt, dass dieses das Gewichtskraft-Moment MS des Deckels 12 bei jeder Winkelstellung (d.h. bei jedem Wert des Öffnungswinkels W) ausgleicht. Somit kann der Deckel 12 durch den Stützmechanismus 22 in jeder Öffnungsstellung gehalten werden, ohne dass der Bediener manuell weitere Kräfte aufbringen muss.
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Ein entsprechender Momentenverlauf der relevanten Momente MF, MS ist in 4 gezeigt. In 4 sind die wirksamen Momente MF, MS in Abhängigkeit der Winkelstellung W gezeigt. Man erkennt, dass die Momente MF, MS am größten bei geringen Winkeln ausfallen (insbesondere bei Winkeln zwischen 0° und ca. 40°). Ausgehend von der geschlossenen Winkelstellung bei 0° nehmen die Momente MF, MS bzw. deren Beträge kontinuierlich ab. Bei der vollgeöffneten Stellung, die lediglich beispielhaft 85° entspricht, erreichen die Momenten MF, MS ihren Höchstwert.
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Für die gewünschte Haltefunktion des Stützmechanismus vorteilhaft ist, dass das durch die Federkraft F erzeugte Moment MF stets im Wesentlichen dem Gewichtskraftmoment MS des Deckels 12 in jeder Winkelstellung entspricht. Genauer gesagt, treten Abweichungen der Beträge dieser Momente MF, MS bei jeder Winkelstellung von beispielhaft nicht mehr als ca. 2 Nm oder auch nicht mehr als ca. 1 Nm auf. Dies kann jedoch für ein Offenhalten des Deckels 12 ohne zusätzliche manuelle Kräfte und allein durch den Stützmechanismus 22 ausreichend sein, da verbleibende Kraftdifferenzen z.B. aufgrund von zusätzlich wirksamen Reibkräften nicht in einem gewichtskraftbedingten Absenken des Deckels 12 resultieren.
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Allgemein unterscheidet sich dieser Momentenverlauf deutlich von einfachen Gasfedern, die im Stand der Technik analog zur Koppelstange 33 mit dem Deckel 12 verbunden werden, sich aber direkt am feststehenden Gehäuse der Laborzentrifuge abstützen. Die von derartigen Gasdruckfedern erzeugbaren Momente unterscheiden sich meist deutlich von dem Gewichtskraftmoment MS und entsprechend diesem lediglich in meist nicht mehr als zwei definierten Gleichgewichtslagen.
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Aus den vorstehenden Diskussionen verdeutlicht sich, dass ein rein mechanischer Stützmechanismus ohne aktorische Unterstützung bereits eine vorteilhafte Haltewirkung bereitstellt. Ein Bediener kann den Deckel 12 manuell anheben, woraufhin der Stützmechanismus 22 den Deckel 12 in jeder beliebigen Öffnungsstellung halten kann.
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Zurückkommend auf 3A sind auch wesentliche Abmessungen und Eigenschaften des Stützmechanismus 22 gezeigt, um den Momentenverlauf aus 4 und genauer gesagt, den Verlauf des per Federkraft erzeugten Öffnungs-Momentes MF erzielen zu können. Der Einfluss eines jeden der gezeigten Parameter (a, b, m, r, c, n, L1, L2) kann experimentell ermittelt und/oder durch Aufstellen von mathematischen Modellen bestimmt werden. Im Rahmen dieser Modelle können insbesondere die von Drehstellungen der einzelnen mechanischen Elemente des Stützmechanismus 22 abhängigen wirksamen Hebelarme untersucht werden, nach deren Maßgabe die Federkraft F in das Moment MF umgesetzt wird. Ein geeigneter Kompromiss aus dem zuverlässigen Bereitstellen eines ausreichenden Moments MF, das dem Gewichtskraft-Moment MS des Deckels entspricht, bei gleichzeitig kompakter Baugröße kann allgemein (und nicht auf die weiteren Details der Ausführungsbeispiele beschränkt) durch Vorsehen eines oder mehrerer der folgenden Merkmale erzielt werden:
- - Der Abstand c zwischen dem Drehgelenk 33, an dem das Koppelelement 32 eine Kraft in den Deckel 12 einleitet, und dem Deckel-Drehlager 16 ist bevorzugt größer als null, beträgt aber weniger als die Hälfte der Längenerstreckung des Deckels 12 (also weniger als die Hälfte der in 3A erkennbaren horizontalen Erstreckung des Deckels 12).
- - Die Länge L2 des Koppelelements 32 ist bevorzugt größer als der vorstehend genannte Abstand c.
- - Wie bereits erwähnt, ist der Abstand des ersten Bereichs B1 zum dritten Bereich B3 (entspricht r aus 3A) größer als der Abstand L1 zwischen dem ersten Bereichs B1 und dem dritten Bereich B3 des Schwingenelements 30.
- - Weiter ist der letztgenannte Abstand L1 aber bevorzugt kleiner als die Länge L2 des Koppelelements 32.
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Die 1A-2B zeigen Varianten, bei denen noch zusätzlich ein optionaler Aktor 40 vorgesehen ist. Hierdurch kann ein manuelles Öffnen unterstützt werden oder kann auch der Deckel 12 ohne manuelle Krafterzeugung angehoben und abgesenkt werden (beispielsweise infolge einer Aktivierung über nicht gesondert dargestellte Bedienelemente). Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass der Stützmechanismus 22 vorzugsweise nach wie vor die vorstehend erläuterten Kräfte und insbesondere den Momentenverlauf aus 4 erzeugt. Der Aktor 40 muss entsprechend nur geringe zusätzliche Kräfte aufbringen, um den Deckel 12 anzuheben oder abzusenken.
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In 1A-1B ist eine erste Variante und in 2A-2B eine zweite Variante gezeigt, bei der der Stützmechanismus 22 von einem Aktor 40 angetrieben wird. Der Aktor 40 ist bei sämtlichen Varianten ein Elektromotor, der im Folgenden mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet wird. Zunächst bezugnehmend auf die Variante der 1A-1B erkennt man, dass der Motor 40 an seinem dem Betrachter zugewandten Ende ein um eine Rotationswelle RM drehbares Ritzel 42 aufweist. Dieses ist an einer nicht gesondert dargestellten Ausgangswelle des Motors 40 angeordnet. Das Ritzel 42 greift in ein bogenförmiges Verzahnungssegment 44 ein. Die Komponenten 42, 44 bilden somit eine Verzahnung, über die der Motor 40 kraftübertragend mit dem Stützmechanismus 22 verbunden ist. Genauer gesagt, ist das Verzahnungssegment 44 an einem Bereich des Schwingenelements 30 ausgebildet oder angeordnet, der über den ersten Bereich B1 in Längsrichtung hinaus hervorsteht. Anders ausgedrückt bildet das Verzahnungssegment 44 also einen entlang der Längsachse am weitesten außenliegenden Endbereich des Schwingenelements 30. Durch Rotationen des Ritzels 42 kann das Verzahnungssegment 44 auf- und abbewegt werden und kann somit das Schwingenelement 30 um das Drehlager 19 verkippt werden.
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In 1B ist dabei die entsprechend verkippte Stellung des Schwingenelements 30 gezeigt, bei dem der Deckel 12 eine vollständig geöffnete Stellung einnimmt. Man erkennt, dass das Ritzel 42 in diesem Fall ein im Vergleich zu 1A gegenüberliegendes Ende des Verzahnungssegments 44 erreicht hat.
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Allgemein ist darauf hinzuweisen, dass in 1A auch die wesentlichen Bezugszeichen aus 3A eingetragen sind, um den Zusammenhang zwischen der schematischen Prinzipskizze und den in dieser Figur gezeigten tatsächlichen Komponenten herzustellen.
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In 2A-2B ist eine weitere Variante gezeigt, die sich im Wesentlichen durch die abweichende Positionierung des Elektromotors 40 sowie das Ausbilden der Verzahnung zur Kraftübertragung auf das Schwingenelement 30 auszeichnet. Im Gegensatz zur vorstehenden Variante ist der Motor 40 hierbei in einer im Wesentlichen gemeinsamen Ebene mit dem Schwingelement 30 angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen parallel hierzu. Dies ist platzsparend, da der Stützmechanismus 22 sich somit im Wesentlichen in bzw. parallel zu einer vertikalen Ebene erstreckt oder auch in einem vertikalen Bauraum mit einer begrenzten Erstreckung entlang der X-Achse aus 1A. Der Vollständigkeit halber ist aber anzumerken, dass bei der Variante aus 1A der Elektromotor 40 nahe einer anderen Seitenfläche des Gehäuses positioniert werden kann, sodass der Motor 40 und das Schwingelement 30 über Eck angeordnet werden können. Auch dies kann ja nach konkreter Produktvariante vorteilhaft und bauraumsparend sein.
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In 2A ist wiederum das vom Motor angetriebene Ritzel 42 und die dazugehörige Rotationsachse RD gezeigt. Auch gezeigt ist ein wiederum bogenförmiges Verzahnungssegment 44, das mit dem angetriebenen Ritzel 42 in Eingriff steht. In diesem Fall stehen die einzelnen Zähne des Verzahnungssegments 44 jedoch nicht in Längsrichtung des Schwingenelements 30 hervor, sondern erstrecken sich in orthogonaler Richtung hierzu. Bezugnehmend auf das Koordinatensystem aus 1A erstrecken sie sich in negativer X-Richtung. Erneut sind sie aber wiederum derart positioniert und ausgerichtet, dass bei einer Rotation des Ritzels 42 das Schwingenelement 30 um das Drehlager 19 verkippbar ist.
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Zusammengefasst kann die Variante aus 1A-1B als das Ausbilden eines Stirnradgetriebes durch das Ritzel 42 und Verzahnungssegment 44 bezeichnet werden. Im Fall der 2A-2B wird durch die gleichartigen Komponenten hingegen ein Kegelradgetriebe ausgebildet.
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Abschließend ist anzumerken, dass anstelle der gezeigten Zugfeder 36 auch eine Druckfeder eingesetzt werden könnte. Bezugnehmend auf 3A könnte sich diese mit einer entgegengesetzten Orientierung (d.h. um 180° entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht) ausgehend von dem Drehgelenk 35 vertikal nach oben erstrecken. Mit dem entsprechend vom Drehgelenk 35 abgewandten Ende kann sich die Druckfeder wiederum an einem feststehenden Gehäusebereich abstützen. Auf diese Weise kann die Druckfeder in der geschlossenen Stellung von 3A maximal komprimiert sein, sich dann aber beim Wechsel in die geöffnete Stellung aus 3B zunehmend entspannend und verlängern, woraufhin die Federkräfte F entsprechend abnehmen können. Der Stützmechanismus 22 und insbesondere das Schwingenelement 30 können dabei analog wie bei der Zugfeder bewegt und verschwenkt werden.
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In 5A ist eine Laborzentrifuge 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit geschlossenem und in 5B mit geöffnetem Deckel 12 gezeigt. Die Darstellung ist analog zu den 3A, 3B schematisch vereinfacht. Bei dieser Ausführungsform ist das Federelement 36 eine Druckfeder.
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Der Stützmechanismus 22 umfasst wiederum ein analog zu den 3A, 3B am Deckel 12 montiertes Koppelelement 32. Die Anbringung am Deckel 12 erfolgt wiederum mittels eines Drehgelenks 33.
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Ein Schwingenelement 30 ist an einem Drehlager 19 drehbar gelagert. In einem von dem Drehlager 19 entfernten Bereich ist das Schwingenelement 30 mit dem Federelement 36 über ein Drehlager 34 verbunden. In einer Position zwischen den Drehlagern 19, 34 ist das Schwingenelement 30 mit dem Koppelelement 32 verbunden.
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Beim Öffnen des Deckels dreht das Schwingenelement 30 um das Drehlager 19 und dehnt das Federelement 36, d.h. zieht dieses in die Länge (sh. größere Federlänge LF2 in 5B gegenüber LF aus 5A). Mit zunehmender Länge des Federelements 36 erzeugt dieses abnehmende Federkräfte. Auf diese Weise und durch die Wahl geeigneter Hebelarme (nicht eingetragen) lässt sich ein Momentenverlauf analog zu demjenigen aus 4 erreichen.
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In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Federelement 36 eine Schenkelfeder ist. Gezeigt sind zwei Schenkel 46. Das Federelement 36 ist derart ausgebildet, dass die Schenkel 46 in einem undeformierten bzw. nicht belasteten Zustand parallel verlaufen. Einer der Schenkel 46 stützt sich am Koppelement 32 und einer am Schwingenelement 30 ab. Die Darstellung ist stark vereinfacht und das Federelement 36 ist bevorzugt mit dem das Koppelement 32 und das Schwingenelement 30 verbindenden Drehlager 34 verbunden und insbesondere dort gelagert. Bei Öffnen des Deckels 12 nähern sich die Schenkel 46 ihrer undeformierten parallelen Ausrichtung an, sodass ein Kraftverlauf analog zu dem aus 4 realisierbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine Schenkelfeder um das Drehlager 19 vorgesehen sein, bei der sich bevorzugt ein Schenkel an einem unbeweglichen Bauteil (z.B. dem Gehäuse) und der andere Schenkel am Schwingenelement 30 abstützt. Ferner zusätzlich oder alternativ kann eine Drehstabfeder um das Drehlager 19 vorgesehen sein.
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In 7A-B sind Kühlgeräte 100 als weitere Beispiele erfindungsgemäßer Laborgeräte 1 gezeigt. Die Kühlgeräte 100 sind für Laboreinsätze optimiert und genauer gesagt zur Aufnahme und Aufbewahrung von im Labor bearbeiteten Proben. Sie können die Temperatur in ihrem Innenraum bevorzugt auf Minusgrade herabsenken, insbesondere auf weniger als -50 °C. Somit können die Kühlgeräte 100 Tiefkühlgeräte oder sogar Ultratiefkühlgeräte sein oder solchen entsprechen.
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Die Kühlgeräte 100 weisen jeweils einen Aufnahmeraum 104 auf. Dieser kann optional in weitere Ebenen und/oder Fächer unterteilt sein, wobei einzelne Fächer auch jeweils mit gesonderten inneren Deckeln verschließbar sind (nicht gezeigt).
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Im Fall von 7A ist das Kühlgerät 100 nach Art einer Truhe ausgebildet. Der Aufnahmeraum 104 ist an seiner horizontalen Oberseite geöffnet und von oben zugänglich. Ein Deckel 12 ist nach Art einer Klappe um eine horizontale Rotationsachse RD verschwenkbar. In der gezeigten Stellung ist der Deckel 12 bereits teilweise geöffnet. In einer geschlossenen Stellung liegt der Deckel 12 an einem Anlagebereich 106 an und ist allgemein horizontal ausgerichtet. Ein Öffnungswinkel W ist analog zu den vorstehenden Varianten einer Laborzentrifuge 10 definiert.
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Schematisch angedeutet ist ein Stützmechanismus 22. Dieser ist wiederum analog zum Beispiel zu demjenigen aus 3 A-B ausgebildet. Er ist bevorzugt in dem gezeigten Rand- bzw. Seitenbereich des Kühlgeräts 100 positioniert und über eine nicht dargestellte Verkleidung von der Umgebung seitlich abgeschirmt.
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Im Fall von 7B verläuft die Drehachse RD des Deckels 12 vertikal. Der Deckel 12 ist nach Art einer vertikal aufrechten Tür bewegbar. Der Aufnahmeraum 104 des Kühlgeräts 100 weist eine geöffnete Vorderseite auf, die ebenfalls vertikal bzw. aufrecht ausgerichtet ist. Auch in diesem Fall ist der Deckel 12 bereits geöffnet. In seiner geschlossenen Stellung verläuft er parallel zur Vorderseite des Aufnahmeraum 104 und liegt an einem Anlagebereich 106 an. Ein Öffnungswinkel W des Deckels 12 ist entsprechend zwischen einer dem Aufnahmeraum 104 zugewandten Innenseite des Deckels 12 und dem Anlagebereich 106 bzw. der Vorderseite des Aufnahmeraums 104 definiert.
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Lediglich beispielhaft ist der Stützmechanismus 22, der wiederum analog zu der vorstehenden Variante aus zum Beispiel 3 A-B ausgebildet ist, in eine Oberseite des Kühlgeräts 100 integriert. Analog zu 7A ist in der schematischen Darstellung von 7B eine äußere Verkleidung dieses Stützmechanismus 22 nicht dargestellt. Der Stützmechanismus 22 könnte auch in eine Unterseite oder eine beliebige Zwischenebene zwischen Ober- und Unterseite integriert sein. Auch das Verwenden mehrerer Stützmechanismen 22 ist möglich, wie auch bei sämtlichen weiteren Ausführungsbeispielen sowie als ein allgemeiner Aspekt der offenbarten Lösung. Beispielsweise kann sowohl an der Oberals auch der Unterseite jeweils ein Stützmechanismus 22 vorgesehen sein oder allgemein an zwei gegenüberliegenden Seitenbereichen eines Laborgeräts 1.
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In 8 ist ein Schüttler 102 als ein weiteres Beispiel eines Laborgeräts 1 gezeigt. Lediglich beispielhaft ist der Schüttler 102 nach Art eines Flachbett-Schüttlers ausgebildet. Hierfür umfasst er eine an einer Basis 108 gelagerte Aufnahmeplatte 110. Diese ist in bekannter Weise im Wesentlichen zweidimensional und parallel zur Basis 108 bewegbar und genauer gesagt oszillierbar.
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Ein Deckel 12 des Schüttlers 102 ist an einer Rückwand 112 über Drehlager 16 um eine horizontale Raumachse RD drehbar gelagert. Ein Stützmechanismus 22 ist wiederum analog zur Variante der 3A-3B in einem Seitenbereich des Deckels 12 bzw. der Basis 108 angeordnet. Der Deckel 12 ist in einem geschlossenen Zustand abgebildet.
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Auch andere Varianten von Schüttlern 102 sind bekannt, bei denen der Deckel 12 um eine vertikale Drehachse RD öffnet. In diesem Fall kann der Stützmechanismus 22 analog zur Variante aus 7B in den Schüttler 102 integriert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laborgerät
- 10
- Laborzentrifuge (Zentrifuge)
- 12
- Deckel
- 14
- Gehäuserahmen
- 15
- Bodenplatte
- 16
- Drehlager (Deckel)
- 18
- Stütze
- 19
- Drehlager (Schwingelement)
- 20
- Federelement-Gegenlager
- 21
- Drehlager (Federelement-Gegenlager)
- 22
- Stützmechanismus
- 30
- Schwingenelement
- 32
- Koppelelement
- 33, 34, 35
- Drehgelenk
- 36
- Federelement
- 40
- Aktor/Elektromotor
- 42
- Ritzel
- 44
- Verzahnungssegment
- 100
- Laborkühlgerät
- 102
- Schüttler
- 104
- Aufnahmeraum
- 106
- Anlagebereich
- 108
- Basis
- 110
- Aufnahmeplatte
- 112
- Rückwand
- RD
- Rotationsachse Deckel
- RM
- Rotationsachse Motor
- B1-B3
- erste, zweiter, dritter Bereich
- LF
- maximal deformierte Federlänge
- LF2
- weniger deformierte Federlänge
- W
- Winkelstellung
- H
- Hebelarm
- MF
- (Federkraft)-Moment
- MS
- (Gewichtskraft)-Moment
