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Die Erfindung betrifft ein Greifsystem zum Greifen von Probenröhrchen und eine Vorrichtung zur Handhabung von Probenröhrchen.
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Aus der
US 2010/0129789 A1 ist ein Probeneignungsmesssystem bekannt, umfassend: eine Probenröhreneinheit, umfassend einen Rahmen, der sich horizontal erstreckt entlang einer Längsachse und einer Vielzahl von Probenröhren, die mit dem Rahmen verbunden sind, und die in einer Linie entlang derLängsachse angeordnet sind, wobei sich jede Probenröhre in vertikaler Richtung vom Rahmen nach unten erstreckt; ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Aufnahme, wobei sich die Aufnahme in vertikaler Richtung erstreckt und so dimensioniert ist, dass er die Vielzahl der Probenröhren darin selektiv aufnimmt; eine Vielzahl von dem Gehäuse zugeordneten Probeneignungsmessstellen, wobei jede Probeneignungsmessstelle umfasst: eine Lichtquelle, die geeignet ist, selektiv einen Beleuchtungsstrahl zu erzeugen, der in vertikaler Richtung durch die Aufnahme und in ein entsprechendes der Probenröhren nach oben gerichtet ist; einen Probendetektor, der entlang einer vertikalen Ausdehnung des entsprechenden der Probenröhren positioniert und zum Empfangen eines emittierten Strahls angepasst ist, der wenigstens einen Teil des Beleuchtungsstrahls umfasst, der durch Trübung in der entsprechenden einen Röhre der Probenröhren gestreut wird, wobei der Probendetektor am Ende eines emittierter-Strahl-Kanals positioniert ist, und wobei sich der emittierte-Strahl-Kanal in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur vertikalen Richtung ist und in einem schrägen Winkel in Bezug auf die Längsachse des Rahmens ausgerichtet ist; einen Referenzstrahlkanal, der unterhalb der entsprechenden Röhre der Probenröhren positioniert ist und sich in einem Winkel vom Beleuchtungsstrahl erstreckt und nicht durch die jeweilige Röhre der Probenröhren verläuft, wobei der Referenzstrahlkanal in einem schrägen Winkel in Bezug auf die Längsachse des Rahmens ausgerichtet ist; und einen Referenzdetektor, der am Ende des Referenzstrahlkanals positioniert ist, um einen Referenzstrahl zu empfangen, der durch den Referenzstrahlkanal verläuft.
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Die
US 2015/0298321 A1 offenbart ein System zum Transportieren von Probenbehältern, das Folgendes umfasst: eine Management-Einheit, die einen Verteilungsbereich und einen oder mehrere Verteilungsbereichsgreifer umfasst, die an einem Roboterarm montiert sind, der konfiguriert ist, um Probenbehälter in den Verteilungsbereich der Managementeinheit zu platzieren und Probenbehälter aus diesem zu entnehmen; eine Zentrifugen-Einheit, die mit der Management-Einheit gekoppelt ist; eine Pipettier- bzw. Aliquotter-Einheit, die mit der Management-Einheit gekoppelt ist; einen Probenbehälter; ein Fördersystem ;ein Ausgangsfach mit einem Fehlerbereich; und einen Ablaufplaner bzw. Scheduler, der konfiguriert ist, um zu bestimmen, welcher Probenbehälter, der im Verteilungsbereich sitzt, der nächste geeignete Probenbehälter ist, um mit der Verarbeitung zu beginnen, wobei der eine oder die mehreren Verteilungsbereichsgreifer konfiguriert sind, um den Probenbehälter auszuwählen, der der nächste geeignete Probenbehälter ist, der gefördert werden soll, wobei der geeignete Probenbehälter der Probenbehälter mit der höchsten Priorität ist und/oder der Probenbehälter ist, der mit den gemäß seinem Routenplan verfügbaren Ressourcen verarbeitet werden kann, und wobei der ausgewählte Probenbehälter aus dem Verteilungsbereich zum Fördersystem des Systems transportiert wird, falls keine Zentrifugierung erforderlich ist, zu einer Zentrifugen-Einheit, falls eine Zentrifugierung erforderlich ist, oder zum Ausgangsfach mit einem Fehlerbereich, wobei das Ausgangsfach beispielsweise für Probenbehälter ist, für die keine Testinformationen heruntergeladen werden, für die ein nachgeschaltetes Modul für einen längeren Zeitraum nicht verfügbar ist oder für die nicht genügend Serum oder Plasma in einem zentrifugierten Probenbehälter vorhanden ist.
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Im Bereich der Laborautomation ist es insbesondere für eine automatisierte Handhabung von flüssigen Proben unerlässlich, diese Proben in Probenröhrchen abzufüllen und die Probenröhrchen während der Phasen, in denen kein unmittelbarer Zugriff auf die Proben stattfindet, zuverlässig zu verschließen. Dies geschieht typischerweise mit einem Deckel, der auf den offenen Endbereich des Probenröhrchens aufgesteckt oder aufgeschoben werden kann. Um ein Abnehmen des Deckels vom Probenröhrchen und/oder ein Aufsetzen des Deckels auf das Probenröhrchen automatisiert durchführen zu können, ist es erforderlich, eine Zugkraft oder eine Druckkraft oder ein Drehmoment auf den Deckel auszuüben, wobei hierfür ein zuverlässiges Ergreifen des Probenröhrchens erforderlich ist, um den Abnahmevorgang bzw. Aufsetzvorgang für den Deckel durchführen zu können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Greifsystem zum Greifen von Probenröhrchen und eine Vorrichtung zur Handhabung von Probenröhrchen bereitzustellen, mit denen ein zuverlässiges Abnehmen und/oder Aufsetzen eines Deckels von einem Probenröhrchen bzw. auf ein Probenröhrchen ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird für ein Greifsystem der eingangs genannten Art in der nachfolgend beschriebenen Weise gelöst: Greifsystem zum Greifen von Probenröhrchen, mit einer Antriebseinrichtung, die ein Antriebsgehäuse sowie ein linearbeweglich längs einer Linearachse zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung am Antriebsgehäuse gelagertes Stellelement aufweist, sowie mit einer Linearführung, die mit dem Antriebsgehäuse gekoppelt ist und an der ein Schlitten linearbeweglich längs der Linearachse gelagert ist, wobei der Schlitten mit dem Stellelement gekoppelt ist und wobei in der Linearführung eine erste Ausnehmung zur Aufnahme eines Probenröhrchens und im Schlitten eine zweite Ausnehmung zur Aufnahme des Probenröhrchens ausgebildet sind und wobei die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung in der ersten Funktionsstellung des Stellelements einen Querschnitt begrenzen, der zumindest im Wesentlichen einem Querschnitt eines Probenröhrchens entspricht.
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Die Antriebseinrichtung hat die Aufgabe, eine lineare Stellbewegung bereitzustellen, um hierdurch eine Veränderung eines Querschnitts, der durch die erste Ausnehmung in der Linearführung und die zweite Ausnehmung im Schlitten bestimmt wird, zu ermöglichen. Durch diese Veränderung des Querschnitts kann wahlweise eine Freigabe oder eine Festlegung des Probenröhrchens vorgenommen werden. Für die Festlegung des Probenröhrchens, das typischerweise eine kreiszylindrisch ausgebildete Außenoberfläche aufweist, ist es vorgesehen, dass die Außenoberfläche des Probenröhrchens zumindest bereichsweise an einem ersten Wandabschnitt der ersten Ausnehmung und an einem zweiten Wandabschnitt der zweiten Ausnehmung anliegt. Ferner ist für die Festlegung des Probenröhrchens vorgesehen, dass zwischen dem ersten Wandabschnitt, dem Probenröhrchen und dem zweiten Wandabschnitt eine Kraftübertragung stattfindet, die zumindest im Wesentlichen zur Einleitung von Normalkräften auf die Außenoberfläche des Probenröhrchens führt. Diese Normalkräfte führen in Abhängigkeit von einem ersten Reibungskoeffizienten, der zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem Probenröhrchen vorliegt und von einem zweiten Reibungskoeffizienten, der zwischen dem zweiten Wandabschnitt und dem Probenröhrchen vorliegt, zu Reibungskräften, mit denen im Idealfall sowohl ein auf das Probenröhrchen um eine Mittelachse des Probenröhrchens ausgeübtes Drehmoment als auch auf das Probenröhrchen, insbesondere längs der Mittelachse, einwirkende Axialkräfte abgestützt werden können.
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Die Aufgabe der Antriebseinrichtung besteht somit zum einen in einer Bereitstellung einer Relativbewegung zwischen Linearführung und dem Schlitten und zum anderen in einer Bereitstellung einer zumindest im Wesentlichen parallel zur Linearachse ausgerichteten Klemmkraft, um das Probenröhrchen mit dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt einklemmen zu können. Typischerweise ist vorgesehen, dass für eine Bereitstellung der Relativbewegung und der Klemmkraft die Linearführung mit dem Antriebsgehäuse verbunden ist, während der Schlitten mit dem relativbeweglich im Antriebsgehäuse aufgenommenen Stellelement gekoppelt ist. Diese Zuordnung ist jedoch keinesfalls zwingend, es kann auch vorgesehen sein, dass die Linearführung mit dem Stellelement gekoppelt ist und damit beweglich gegenüber dem Antriebsgehäuse angeordnet ist, während der Schlitten ortsfest mit dem Antriebsgehäuse verbunden ist.
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Vorzugsweise sind die Linearführung und der Schlitten derart aufeinander abgestimmt, dass auch in der ersten Funktionsstellung, in der die Aufbringung von Klemmkräften auf das Probenröhrchen stattfinden soll, keine Verkippung zwischen Linearführung und Schlitten stattfindet, um ein Auftreten von lokalen Kraftspitzen zwischen dem Greifsystem und dem Probenröhrchen zu vermeiden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung in der zweiten Funktionsstellung des Stellelements einen Querschnitt begrenzen, der größer als der Querschnitt des Probenröhrchens ist. Dementsprechend dient die zweite Funktionsstellung zum Einsetzen des Probenröhrchens in das Greifsystem und zum Entnehmen des Probenröhrchens aus dem Greifsystem.
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Die Probenröhrchen, die in Abhängigkeit von der Art der zu untersuchenden Probe sowie in Abhängigkeit von den mit der Probe durchzuführenden Analysevorgängen wahlweise aus Kunststoff oder aus Glas hergestellt sind, weisen im Hinblick auf ihre Außenoberfläche nur geringe Maßtoleranzen auf, um eine präzise Aufnahme und Führung der Probenröhrchen in einer Vielzahl von unterschiedlichen Analysegeräten und Handhabungsgeräten zu gewährleisten. Dementsprechend ist bereits eine geringe Veränderung des Querschnitts, der durch die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung bestimmt wird, zwischen der ersten Funktionsstellung der zweiten Funktionsstellung erforderlich. Diese Querschnittsveränderung kann durch Relativbewegungen zwischen Linearführung und Schlitten im Bereich von wenigen 1/10 Millimeter bis wenigen Millimetern verwirklicht werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Ausnehmung kreiszylindrisch ausgebildet ist und einen Durchmesser aufweist, der geringfügig größer als ein Durchmesser des Probenröhrchens ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser der ersten Ausnehmung unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen für die Herstellung der ersten Ausnehmung sowie unter Berücksichtigung der Maßtoleranzen für den Durchmesser des Probenröhrchens zumindest nahezu identisch mit den Durchmesser des Probenröhrchens gewählt, um eine möglichst großflächige Abstützung des Probenröhrchens am ersten, kreismantelabschnittsförmig ausgebildeten Wandabschnitt der ersten Ausnehmung zu gewährleisten. Die kreiszylindrische Ausführung der ersten Ausnehmung ist insbesondere bei einer Verwendung des Greifsystems für die Handhabung von Probenröhrchen, die aus Kunststoff hergestellt sind, von Interesse, da sich diese bei Einleitung der Klemmkräfte durch eine elastische Deformation in vorteilhafter Weise an die Geometrie der ersten Ausnehmung anpassen können. Sofern hingegen eine ausschließliche oder zumindest überwiegende Nutzung des Greifsystems für Probenröhrchen aus Glas vorgesehen sein sollte, kann alternativ zur kreiszylindrischen Gestaltung der ersten Ausnehmung eine prismatische Gestaltung der ersten Ausnehmung vorgesehen werden. Hierbei kann für die erste Ausnehmung insbesondere eine abschnittsweise V-förmige Profilierung vorgesehen werden, so dass das Probenröhrchen an den in spitzem Winkel zueinander ausgerichteten, insbesondere ebenen, Innenflächen der ersten Ausnehmung anliegt. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Ausnehmungen an einer Innenoberfläche mit einer elastischen Beschichtung oder einem elastischen Einsatz ausgestattet ist. Mit Hilfe wenigstens eines elastischen Einsatzes kann auch eine Anpassung an unterschiedliche Querschnitte von Probenröhrchen vorgenommen werden.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Ausnehmung als Langloch mit einem prismatisch oder halbkreisförmig ausgebildeten Wandbereich ausgebildet ist. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die zweite Ausnehmung zwei einander gegenüberliegende, jeweils halbkreisförmig profilierte Wandbereiche aufweist, die parallel zueinander ausgerichtete Mittelachsen aufweisen und die durch ebene Wandabschnitte miteinander verbunden sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Ausnehmung eine zumindest abschnittsweise V-förmige Profilierung aufweist. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die zweite Ausnehmung einseitig offenen ausgebildet ist. Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung der zweiten Ausnehmung ist vorgesehen, dass sowohl die erste Ausnehmung als auch die zweite Ausnehmung als Langloch mit einander gegenüberliegen angeordneten prismatischen oder halbkreisförmig ausgebildeten Wandbereichen verwirklicht sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Profilachse der ersten Ausnehmung und eine zweite Profilachse der zweiten Ausnehmung parallel zueinander und quer zur Linearachse ausgerichtet sind. Hierdurch soll erreicht werden, dass keine asymmetrischen Belastungen auf das Probenröhrchen während der Ausübung der Klemmkräfte auftreten.
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Vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Schlitten und der Linearführung eine Federeinrichtung angeordnet ist, die eine Vorzugsstellung für den Schlitten gegenüber der Linearführung bestimmt und/oder dass zwischen dem Stellelement und dem Schlitten eine Federeinrichtung angeordnet ist, die für eine Begrenzung einer auf vom Stellelement auf den Schlitten ausgeübten Klemmkraft ausgebildet ist. Bei einer Anordnung einer Federeinrichtung zwischen Schlitten und Linearführung dient die Federeinrichtung zur Definition einer Vorzugsstellung für die relative Position des Schlittens gegenüber der Linearführung. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass der Schlitten mittels der Federeinrichtung in Abwesenheit einer Stellkraft des Stellelements in der ersten Funktionsstellung gehalten wird. In diesem Fall kann auch von einem normalen geschlossenen Greifsystem gesprochen werden, wobei die vom Stellelement bedarfsabhängig bereitgestellte Stellkraft zur Überführung des Schlittens aus der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung. Hierbei findet zunächst eine Überwindung der Federkraft der Federeinrichtung und anschließend eine Kompression der Federeinrichtung statt, wodurch eine Speicherung von potentieller Energie in der Federeinrichtung erfolgt, die bei einer Reduzierung der Stellkraft Zurückstellung des Schlittens in der ersten Funktionsposition und damit gegebenenfalls zum Greifen des Probenröhrchens führt. Alternativ kann die Federeinrichtung auch in einer Weise zwischen Schlitten und Linearführung angeordnet sein, dass der Schlitten bei Abwesenheit von Stellkräften in der zweiten Funktionsstellung gehalten wird.
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Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Stellelement und dem Schlitten eine Federeinrichtung angeordnet ist, die für eine Begrenzung einer auf vom Stellelement auf den Schlitten ausgeübten Klemmkraft ausgebildet ist. Durch eine derartige Anordnung einer Federeinrichtung kann beispielsweise verhindert werden, dass zu hohe Klemmkräfte vom Schlitten auf das Probenröhrchen eingeleitet werden. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn eine kostengünstige Antriebseinrichtung ohne eine Kraftbegrenzung, insbesondere ohne eine Kraftregelung, eingesetzt werden soll.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Linearführung einen Hohlraum aufweist, in dem der Schlitten beweglich gelagert ist. Vorzugsweise sind eine längs der Linearachse erstreckte Profilierung des Hohlraums und eine korrespondierende, längs der Linearachse erstreckte Profilierung des Schlittens derart aufeinander abgestimmt, dass der Schlitten genau einen Freiheitsgrad der Bewegung, nämlich einen längs der Linearachse ausgerichteten linearen Freiheitsgrad der Bewegung, aufweist. Durch eine derartige Anpassung des Schlittens an die Linearführung wird insbesondere eine unerwünschte Verkippung des Schlittens in der ersten Funktionsstellung vermieden. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Linearführung und der Schlitten als rotationssymmetrische Komponenten ausgebildet, wobei der kreiszylindrisch ausgebildete Schlitten in dem kreisrund ausgebildeten Hohlraum der Linearführung aufgenommen ist. Hiermit kann eine kostengünstige Herstellungsweise für die Linearführung und für den Schlitten verwirklicht werden. Eine Verdrehsicherung für den Schlitten gegenüber der Linearführung kann beispielsweise durch das Stellelement verwirklicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Linearführung mehrere erste Ausnehmungen ausgebildet sind und dass jeder der ersten Ausnehmungen eine zweite Ausnehmung zugeordnet ist, wobei die zweiten Ausnehmungen in einem einzigen Schlitten oder in mehreren linear aneinander gereihten, insbesondere elastisch miteinander gekoppelten, Schlitten ausgebildet sind. Hierdurch kann ein synchrones Greifen mehrerer Probenröhrchen vorgenommen werden. Für den Fall, dass die Probenröhrchen eine gewisse eigene Elastizität aufweisen, wie dies bei aus Kunststoff hergestellten Probenröhrchen typischerweise der Fall ist, kann vorgesehen sein, mehrere Probenröhrchen in den Ausnehmungen in der Linearführung mit einem einzigen Schlitten, der korrespondierende Ausnehmungen aufweist, festzulegen. In diesem Fall erfolgt ein Toleranzausgleich durch die elastische Deformation einzelner Probenröhrchen. Sollen hingegen Probenröhrchen ohne eigene Elastizität gegriffen werden, empfiehlt sich eine elastische Kopplung der Schlitten, so dass jeder der Schlitten einen gewissen Toleranzausgleich zur Vermeidung von Überlastungen der Probenröhrchen gewährleisten kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung aus der Gruppe: Pneumatikzylinder, Zahnstangen-Getriebemotor, Zahnriemen-Getriebemotor, Exzenter-Getriebemotor, ausgebildet ist und dass der Antriebseinrichtung eine Regeleinrichtung zur Regelung einer Position des Schlittens gegenüber der Linearführung oder zur Regelung einer vom Stellelement auf den Schlitten übertragenen Stellkraft zugeordnet ist. Bei einem Pneumatikzylinder ist vorteilhaft, dass eine Kraftsteuerung oder Kraftregelung über die Zufuhr von Druckluft vorgenommen werden kann. Bei einer Zahnstangen-Getriebemotor ist vorgesehen, dass eine Rotationsbewegung einer Antriebswelle eines Elektromotors mit Hilfe eines Getriebes, insbesondere eines Rädergetriebes, untergesetzt wird und eine Getriebeausgangswelle mit einem Ritzel versehen ist, das auf eine Zahnstange einwirkt, die mit dem Stellelement gekoppelt ist. Bei einem Zahnriemen-Getriebemotor ist vorgesehen, dass eine Rotationsbewegung einer Antriebswelle eines Elektromotors mit Hilfe eines Getriebes, insbesondere eines Rädergetriebes, untergesetzt wird und eine Getriebeausgangswelle mit einer Riemenscheibe versehen ist, die bereichsweise von einem Zahnriemen umschlungen ist, der zudem eine beabstandet angeordnete zweite Riemenscheibe zumindest bereichsweise umschlingt, wobei das Stellelement mit einem Obertrum oder einem Untertrum des Zahnriemens verbunden ist. Bei einem Exzenter-Getriebemotor ist vorgesehen, dass eine Rotationsbewegung einer Antriebswelle eines Elektromotors mit Hilfe eines Getriebes, insbesondere eines Rädergetriebes, untergesetzt wird und eine Getriebeausgangswelle einen exzentrisch zu einer Mittelachse der Getriebeausgangswelle angeordneten Koppelzapfen aufweist, der in einem Endbereich des Stellelements eingreift, womit eine Bewegung des Koppelzapfens, die auf einer Kreisbahn um die Mittelachse der Getriebeausgangswelle bewegt werden kann, in eine Linearbewegung des Stellelements umgesetzt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt mit den nachfolgenden Merkmalen gelöst: Vorrichtung zur Handhabung von Probenröhrchen, mit einem Maschinenrahmen, an dem ein Greifsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Manipulator angebracht sind, wobei der Manipulator zum Abdrehen und/oder Aufdrehen einer Verschlusskappe vom Probenröhrchen und/oder auf das Probenröhrchen ausgebildet ist, sowie mit einer Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des Greifsystems und des Manipulators.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Greifsystems, wie es in einer Vorrichtung zur Handhabung von Probenröhrchen eingesetzt werden kann,
- 2 eine schematische, teilweise geschnittene Draufsicht auf das Greifsystem gemäß der 1,
- 3 eine Schnittdarstellung eines Probenröhrchens,
- 4 eine Schnittdarstellung eines Greifbereichs einer zweiten Ausführungsform eines Greifsystems, und
- 5 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer dritten Ausführungsform eines Greifsystems.
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Eine in der 1 rein schematisch gezeigte Greifeinrichtung 1, die zur zeitweiligen Festlegung eines in der 3 näher dargestellten Probenröhrchens 2 eingesetzt werden kann, umfasst eine Antriebseinrichtung 3 sowie eine Linearführung 4, in der eine Probenaufnahme 5 mit veränderlichem Querschnitt ausgebildet ist.
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Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung 3 einen Elektromotor 6, eine Getriebeeinrichtung 7 und einen Steuermodul 8 umfasst. Dabei ist im Steuermodul 8 eine nicht dargestellte Steuerschaltung enthalten, die für eine Bereitstellung von elektrischer Energie an den Elektromotor 6 in Abhängigkeit von Steuersignalen einer nicht dargestellten, übergeordneten Steuerung ausgebildet ist. Der Elektromotor 6 kann beispielsweise als Synchronmotor ausgebildet sein und stellt bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie an einer Antriebswelle 9, wie sie in der 2 dargestellt ist, eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 10 zur Verfügung. Aus Gründen der Vereinfachung wird davon ausgegangen, dass die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 unmittelbar in eine Linearbewegung umgesetzt wird. Hierzu ist auf die Antriebswelle 9 ein Ritzel 11 drehfest aufgebracht, das in eine Verzahnung eines Zahnstangenabschnitts 15 eines stangenförmig ausgebildeten Stellelements 12 eingreift. Das Stellelement 12 ist linearbeweglich längs einer Linearachse 18 in einer Bohrung 17 eines Getriebegehäuse 16 aufgenommen und führt bei einer Rotation der Antriebswelle 9 um die Rotationsachse 10 eine lineare Relativbewegung gegenüber dem Getriebegehäuse 16 durch. Hierbei wird davon ausgegangen, dass das Steuermodul 8 derart eingerichtet ist, dass der Elektromotor 6 in einander entgegengesetzten Drehrichtungen betrieben werden kann, so dass das Stellelement 12 in positiver und negativer Richtung längs der Linearachse 18 bewegt werden kann. Bei der Darstellung der 2 entnommen werden kann, sind die Rotationsachse 10 und die Linearachse 18 in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet.
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In der Praxis kann abweichend von der vorstehend beschriebenen direkten Umsetzung der Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 auf den Zahnstangenabschnitt 15 auch vorgesehen sein, dass die Antriebswelle des Elektromotors 6 auf ein Getrieberad ein nicht gezeigten Rädergetriebes einwirkt und zunächst eine Untersetzung der Rotationsbewegung erfolgt, bevor eine nicht dargestellte Antriebswelle des Rädergetriebes mit einem geeigneten Ritzel auf den Zahnstangenabschnitt 15 einwirkt.
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Wie der Darstellung der 2 entnommen werden kann, durchsetzt das Stellelement 12 das Getriebegehäuse 16 und erstreckt sich in die Linearführung 4, die ortsfest an dem Getriebegehäuse 16 angebracht ist. Beispielhaft ist die Linearführung 4 mit einer längs der Linearachse 18 erstreckten Ausnehmung 19 versehen, die ihrerseits in einen Bohrungsabschnitt 20 und einen Profilabschnitt 21 unterteilt werden kann. Dabei dient der Bohrungsabschnitt 20 lediglich der Bereitstellung eines Freiraums für das Stellelement 12 und kann in einer quer zur Linearachse 18 ausgerichteten, nicht dargestellten Querschnittsebene mit einem beliebigen, beispielsweise mit einem kreisrunden Querschnitt, ausgebildet sein. Demgegenüber ist ein nicht dargestellter Querschnitt des Profilabschnitts 21 in einer ebenfalls nicht dargestellten Querschnittsebene, die quer zur Linearachse 18 ausgerichtet ist, zumindest weitgehend mit einem ebenfalls nicht dargestellten Querschnitt eines linearbeweglich längs der Linearachse 18 im Profilabschnitt 21 aufgenommenen Schlittens 22. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sowohl der Profilabschnitt 21 als auch der Schlitten 52 in der Querschnittsebene einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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Durch die zumindest weitgehende Übereinstimmung der Querschnitte des Profilabschnitt 21 und des Schlittens 22 in der Querschnittsebene wird erreicht, dass der Schlitten 22 in dem durch den Profilabschnitt 21 definierten Hohlraum genau einen linearen Freiheitsgrad der Bewegung und keinen rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung aufweist. Somit erfolgt bei einer Einleitung einer Stellbewegung durch das mit dem Schlitten 42 verbundene Stellelement 12 eine reine Linearbewegung des Schlittens 22 längs der Linearachse 18. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass ein Endbereich des Stellelements 12 in einer Ausnehmung 23, die an einer ersten Stirnfläche 24 des Schlittens 22 ausgebildet ist, kraftschlüssig aufgenommen ist.
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Rein exemplarisch ist ferner vorgesehen, dass an einer zweiten Stirnfläche 25 des Schlittens 22 eine beispielhaft aus drei parallel zueinander ausgerichteten Druckfedern 27 gebildete Federeinrichtung 26 anliegt und aufgrund einer inneren Vorspannung der Druckfeder 27 eine in Richtung des Zahnstangenabschnitts 15 ausgerichtete Druckkraft auf den Schlitten 22 einleitet.
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Wie aus den Darstellungen der 1 und 2 entnommen werden kann, wird die Probenaufnahme 5 durch eine kreiszylindrische Bohrung 28, die die Linearführung 4 und durchsetzt, und eine Profilausnehmung 29, die den Schlitten 22 durchsetzt, bestimmt. Beispielhaft ist vorgesehen, dass eine nicht dargestellte Mittelachse der kreiszylindrischen Bohrung 28 quer zur Darstellungsebene der 2 ausgerichtet ist und somit die Linearachse 18 in einem rechten Winkel schneidet. Ferner ist exemplarisch vorgesehen, dass eine ebenfalls nicht dargestellte Profilachse der Profilausnehmung 29 quer zur Darstellungsebene der 2 ausgerichtet ist und somit die Linearachse 18 in einem rechten Winkel schneidet. Wie der Darstellung der 2 entnommen werden kann, kann eine Profilierung der Profilausnehmung 29 durch einen ersten Halbkreis 30, einen zweiten Halbkreis 31 und zwischen den beiden Halbkreis 30, 31 verlaufende Geraden 32 und 33 beschrieben werden. Beispielhaft ist vorgesehen, dass ein Durchmesser 34 der kreiszylindrischen Bohrung 28 und der beiden Halbkreise 30, 31 identisch sind und geringfügig größer gewählt ist als ein Durchmesser 41 des Probenröhrchens 2. #
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Wie der Darstellung der 2 weiter entnommen werden kann, befindet sich der Schlitten 22 in einer Position relativ zur Linearführung 4, die als zweite Funktionsstellung oder Freigabestellung bezeichnet werden kann. In dieser zweiten Funktionsstellung sind sowohl ein vom ersten Halbkreis 30 bestimmter erster Wandabschnitt 35 als auch ein vom zweiten Halbkreis 31 bestimmter zweiter Wandabschnitt 36 entfernt von einer Innenoberfläche 35 der kreiszylindrischen Bohrung 28, so dass ein von der kreiszylindrischen Bohrung 28 und der Profilausnehmung 29 bestimmter Querschnitt der Probenaufnahme 5 maximal ist.
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Findet beispielsweise eine Verlagerung des Stellelements 12 und des damit gekoppelten Schlittens 22 längs der Linearachse 18 dahingehend statt, dass der zweite Wandabschnitt 36 an die kreiszylindrische Bohrung 28 angenähert wird, wie dies durch eine entsprechende Rotation des Ritzels 11 um die Rotationsachse 10 bewirkt werden kann, kommt es zu einer Reduzierung des Querschnitts der Probenaufnahme 5, sobald der zweite Wandabschnitt 36 den gleichartig gekrümmten zweiten Wandbereich 39 der kreiszylindrischen Bohrung 28 in Richtung des Getriebegehäuses 16 passiert hat. Dementsprechend kann das Probenröhrchen 2, wenn es in der Probenaufnahme 5 aufgenommen ist, zwischen dem zweiten Wandabschnitt 36 und dem ersten Wandbereich 38 geklemmt werden.
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In diesem geklemmten Zustand kann vorgesehen werden, mit einem nicht dargestellten Manipulator einen auf den offenen Endbereich 42 des in der 3 näher dargestellten Probenröhrchens 2 aufgeschobenen und dabei kraftschlüssig festgelegten oder aufgeschraubten und dabei formschlüssig festgelegten Deckel 43 abzunehmen oder diesem Deckel 43 auf das Probenröhrchen 2 aufzuschieben oder aufzuschrauben.
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Aufgrund der Wirkung der Federeinrichtung 26 wird der von der Wechselwirkung der Linearführung 4 mit dem Schlitten 22 bewirkte Klemmzustand für das Probenröhrchen 2 so lange aufrecht erhalten, bis durch eine Krafteinleitung vom Elektromotor 6 auf das Stellelement 12 eine Kompression der Federeinrichtung 26 vorgenommen wird, die mit einer Verlagerung des Schlittens 22 in Richtung der Federeinrichtung 26 einhergeht, womit der Querschnitt der Probenaufnahme 5 vergrößert wird. Anschließend kann das Probenröhrchen 2 manuell oder durch ein nicht gezeigtes Handhabungsgerät aus der Greifeinrichtung 1 entnommen werden.
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Die nur abschnittsweise gezeigte zweite Ausführungsform einer Greifeinrichtung 51 gemäß der 4 unterscheidet sich lediglich in der Ausgestaltung des Schlittens 52 von der Greifeinrichtung 1 gemäß den 1 und 2, so dass auf eine Darstellung und Beschreibung der identischen Komponenten verzichtet werden kann. Bei der Greifeinrichtung 51 weist der Schlitten 52 in der Darstellungsebene der 4 eine im Wesentlichen U-förmige Profilierung auf. Hierbei ist rein exemplarisch vorgesehen, dass ein erster U-Schenkel 53 eine ebene ausgebildete, in einem spitzen Winkel zur Linearachse 18 ausgerichtete Kontaktfläche 55 aufweist. Ferner ist beispielhaft vorgesehen, dass eine zweite Kontaktfläche 56 spiegelbildlich zur ersten Kontaktfläche 55 am zweiten U-Schenkel 54 ausgebildet ist, wobei die Linearachse 18 als Bestandteil einer quer zur Darstellungsebene gemäß der 4 ausgerichteten, nicht dargestellten Spiegelebene anzusehen ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein größter Abstand 57 der beiden Kontaktflächen 55, 56 größer als ein Durchmesser 41 des Probenröhrchens 2 ist, während ein kleinster Abstand 58 der beiden Kontaktflächen 55, 56 kleiner als ein Durchmesser 41 des Probenröhrchens 2 ist. Die von den beiden Kontaktflächen 55, 56 seitliche begrenzte Profilausnehmung 59 kann auch als spiegelsymmetrisch ausgebildetes Trapez bezeichnet werden. Somit kommt es ausgehend von der zweiten Funktionsstellung gemäß der 4, die auch als Freigabestellung für die Probenaufnahme 5 bezeichnet werden kann, bei einer Verlagerung des Stellelements 12 und des damit verbundenen Schlittens 52 längs der Linearachse 18 für den Fall, dass ein Abstand zwischen den Schlitten 52 und dem in der 4 nicht gezeigten Getriebegehäuse vergrößert wird, zu einer Verkleinerung des Querschnitts der Probenaufnahme 5, womit eine Festlegung des Probenröhrchens 2 bewirkt werden kann. Aufgrund der in spitzem Winkel zur Linearachse 18 ausgerichteten Kontaktflächen 55, 56 erfolgt eine tangentialer der Kontaktflächen 55, 56 der Außenoberfläche des Probenröhrchens 2, dass hierdurch gegen den zweiten Wandbereich 39 der kreiszylindrischen Bohrung gepresst wird.
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Die nur abschnittsweise gezeigte dritte Ausführungsform einer Greifeinrichtung 51 gemäß der 4 unterscheidet sich lediglich in der Ausgestaltung der Linearführung 62 und des Schlittens 63 von der Greifeinrichtung 1 gemäß den 1 und 2, so dass auf eine Darstellung und Beschreibung der identischen Komponenten verzichtet werden kann. Abweichend von der ersten Ausführungsform gemäß der 1 sind bei der Linearführung 62 insgesamt drei, insbesondere in gleicher Teilung angeordnete, kreiszylindrische Bohrungen 28 vorgesehen, die jeweils in gleicher Weise wie die kreiszylindrische Bohrung 28 in der Linearführung 4 ausgebildet sind. Ferner sind im Schlitten 63 insgesamt drei, in gleicher Teilung wie die kreiszylindrischen Bohrungen 28 angeordnete und in gleieher Weise wie die Profilausnehmung 29 im Schlitten 22 ausgebildete Profilausnehmungen 29 vorgesehen. Dementsprechend kann bei einer linearen Verlagerung des Schlittens 63 längs der Linearachse 18 eine synchrone Festlegung oder Freigabe von drei Probenröhrchen 2 durchgeführt werden.
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Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung in der Linearführung und/oder die Ausnehmung im Schlitten mit einer, beispielsweise sägezahnartig ausgebildeten, Profilierung versehen sind, um einen verbesserten Formschluss zwischen den Komponenten dem Greifsystem und dem Probenröhrchen zu erzielen.
