DE29923222U1

DE29923222U1 - Greifereinheit für eine automatische Probenöffnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE29923222U1
Application number: DE29923222U
Authority: DE
Original assignee: Olympus Diagnostica GmbH
Current assignee: Olympus Life Science Research Europa GmbH
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2009-03-16

Description

Grelfereinheit für eine automatische Probenöffnungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Greifereinheit zum Öffnen von Behältern, insbesondere für Probenbehälter zur medizinischen Untersuchung von menschlichen oder tierischen Körperflüssigkeiten mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Greifereinheit ist aus der DE 19517439.9 bekannt. Die bekannte Greifereinrichtung ist um eine Durchgangsöffnung, die das Lumen bildet, drehbar und weist als Mitnehmermittel eine pneumatisch aufblasbare Manschette auf, die das Lumen außen begrenzt. Für eine drehende Öffnungsbewegung der Verschlußkappe wird zunächst pneumatisch die Manschette in das Lumen hinein expandiert, bis die zu öffnende Verschlußkappe fest erfaßt ist. Sodann wird elektromotorisch die Manschette mit ei-

ner umgebenden Trägerscheibe in eine Drehbewegung um die Mittenachse des Lumens versetzt, so daß die abzuhebende Verschlußkappe von einem Gewinde abgeschraubt werden kann.

Bei dieser Vorrichtung sind insgesamt zwei Antriebsmitteln, nämlich ein pneumatischer Antrieb für die Zustellbewegung der Manschette und ein elektromotorischer Antrieb für die Umlauf- oder Drehbewegung um die Achse des Lumens erforderlich. Zum einen sind dabei zwei separate Ansteuerungen für die Antriebsmittel erforderlich. Die unterschiedliche Antriebsart der beiden Bewegungen ist ebenfalls zu berücksichtigen. Dies mach den apparativen und steuerungstechnischen Aufwand in der Praxis relativ groß .

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Greifereinheit zu schaffen, die von den Antriebsmitteln her einfacher zu fertigen und anzusteuern ist. Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weil das Antriebsmittel sowohl die Zustellbewegung als auch die Umlaufbewegung erzeugt, kann die Steuerung besonders einfach gehalten werden. Außerdem sind weniger Bauelemente zu berücksichtigen, was den Aufbau, die Wartung und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung positiv beeinflußt. Ein einfacher Aufbau und eine gute Anpassung an die bestehenden Erfordernisse werden insbesondere möglich, wenn ein Kurvengetriebe für die Zustellbewegung vorgesehen ist. Dabei ist von Vorteil, wenn das Kurvengetriebe eine erste Kurvenscheibe aufweist, die wenigstens eine von einem lumenfernen Ende zu einem lumennahen Ende verlaufende Führungskurve trägt, wobei die wenigstens ei-

ne Führungskurve vorzugsweise in einer Flachseite der Kurvenscheibe angeordnet ist. Die Führungskurve kann dann praktisch beliebige Formen aufweisen. Für die Ausrichtung der Zustellbewegung kann vorgesehen sein, daß das Mitnehmermittel in einer zweiten Kurvenscheibe derart geführt ist, daß die Zustellbewegung im wesentlichen radial bezüglich der Achse des Lumens ausführbar ist. Diese Zustellbewegung ist für den vorgesehenen Anwendungsfall der automatischen Öffnung von Probenbehältern mit medizinischen Proben besonders geeignet. Für einen besonders wirksamen Antrieb ist vorteilhaft, wenn das Mitnehmermittel einen in die Führungskurve ragenden Stift trägt, der im wesentlichen parallel zu der Achse des Lumens ausgerichtet ist. Weiter ergibt sich eine besonders leichtgängige und vom Wirkungsgrad her gute Ausführung, wenn die erste und die zweite Kurvenscheibe etwa planparallele kreisförmige Scheiben sind, die mit einander zugewandten Flachseiten aneinander anliegen und die mittig in Form einer senkrechten zylindrischen Bohrung das Lumen in Radialrichtung begrenzen. Hierdurch ergibt sich auch eine platzsparende rotationssymmetrische Anordnung. Das oder die Mitnehmermittel sind einfach in der zweiten Kurvenscheibe zu führen, wenn sie einen Zylinderstift umfassen, der in einer zu dem Lumen hin offenen Radialbohrung der zweiten Kurvenscheibe geführt ist. Dabei soll das Mitnehmermittel eine der Achse zugewandte Spitze tragen. Ein motorischer Antrieb über die erste Kurvenscheibe ist in besonders einfacher Weise möglich, wenn die erste Kurvenscheibe eine koaxiale Verzahnung trägt, die mit einem Ritzel des Antriebsmittels kämmt, wobei das Antriebsmittel vorzugsweise ein Elektromotor mit parallel zu der Achse des Lumens angeordneter Welle ist.

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Wenn weiter die erste und die zweite Kurvenscheibe in einem Gehäuse um die Achse drehbar gelagert sind, wobei die angetrieben erst Kurvenscheibe in einer ersten Drehrichtung zunächst bei ruhender zweiter Kurvenscheibe mittels der Führungskurve und des dort eingreifenden Stiftes ausgehend von dem lumenfernen Ende die Zustellbewegung der Mitnehmermittel bewirkt und, sobald die Mitnehmermittel entweder an das lumennahe Ende der Führungskurve oder an einen in dem Lumen befindlichen Gegenstand stoßen, auch die zweite Kurvenscheibe im wesentlichen synchron mit der ersten Kurvenscheibe umläuft, ist zuverlässig sichergestellt, daß zunächst die Zustellbewegung und dann die Umlaufbewegung ausgeführt werden, wie es für ein zuverlässiges Öffnen von Schraubkappen bevorzugt ist. In einer zweiten Drehrichtung kann vorgesehen sein, daß zunächst die erste Kurvenscheibe derart gegen die zweite Kurvenscheibe verdreht wird, daß die Mitnehmermittel in ihre lumenferne Position kommen und dann entweder das Antriebsmittel stoppt oder die erste und die zweite Kurvenscheibe eine synchrone Drehung in der zweiten Drehrichtung ausführen. Der nach erfolgreichem Öffnen des Behälters von dem oder den Mitnehmermitteln ergriffene Verschluß wird dann gelöst und kann durch das Lumen hindurch abgesaugt werden. Eine ausreichend hohe Radialkraft wird sichergestellt, wenn die zweite Kurvenscheibe mittels einer Bandbremse ein zumindest in einer Drehrichtung definiertes Bremsmoment erhält, wodurch die Zustellbewegung in Radialrichtung mit einer definierten Mindestkraft erfolgt, bevor die zweite Kurvenscheibe in der ersten Drehrichtung in Drehung versetzt wird. Die Zustellkraft kann über eine Federvorspannung der Bandbremse eingestellt werden.

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Vorteilhaft ist, wenn insgesamt sechs Mitnehmermittel· gleichmäßig um das Lumen herum angeordnet sind, die mit jeweils einem Stift in insgesamt zwei um 180° gegeneinander versetzte, spiralförmige Führungskurven eingreifen. Dann wird ein gutes Verhältnis zwischen Drehwinkel und dadurch erzeugte Zustellbewegung erreicht. Für eine wartungsarme oder wartungsfreie Ausführungsform ist vorgesehen, daß wenigstens eine Kurvenscheibe aus einem selbstschmierenden Kunststoff, vorzugsweise aus mit Graphit versetztem PTFE gefertigt ist.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: Eine Greifereinheit für eine Vorrichtung zum automatischen Öffnen von medizinischen Probenbehältern in einer Explosionsdarstellung; sowie

Figur 2: die erste Kurvenscheibe der Greifereinheit

gemäß Figur 1 in einer Draufsicht auf die die Führungskurven tragende Flachseite.

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Greifereinheit mit einem Gehäuseunterteil 1, einem Gehäuseoberteil 2, einer ersten Kurvenscheibe 3, einer zweiten Kurvenscheibe 4 und einem Zahnrad 5 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Bauelemente reihen sich im wesentlichen koaxial um eine Mittenachse 6 eines Lumens 7 aneinander. Ein Getriebemotor 8 ist mit seiner Ausgangswelle 9 ebenfalls parallel zu der Achse 6 angeordnet und treibt ein Ritzel 10, das mit dem Zahnrad 5.in Eingriff steht.

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Die erste Kurvenscheibe 3 weist eine mittige Bohrung 11 auf, in der eine Leithülse 12 angeordnet ist. Die Leithülse 12 sitzt im montierten Zustand in einer mittigen Bohrung 13 des Zahnrades 5 und führt das Lumen 7 aus dem Bereich des Zahnrades 5 nach außen hinaus, so daß das Zahnrad 5 im Betrieb nicht mit Aerosolen beaufschlagt wird, schließt bündig mit er dessen äußerer Oberfläche ab. Für eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung des Zahnrades 5 mit der ersten Kurvenscheibe 3 sind insgesamt drei Positionierstifte 14 sowie drei Befestigungsschrauben 15 vorgesehen, die das Zahnrad 5 zusammen mit der Leithülse 12 fest an der ersten Kurvenscheibe 3 sichern.

Die zweite Kurvenscheibe 4 ist im Durchmesser geringfügig größer als die erste Kurvenscheibe 3. Sie weist ebenfalls eine innere Bohrung 16 auf, die Teil des Lumens 7 ist und die an ihrer Zylinderwand insgesamt sechs Öffnungen 17 von radial laufenden Durchgangsbohrungen 18 trägt. In den Durchgangsbohrungen 18 sind radial zu der Achse 6 verschieblich als Mitnehmer Zylinderstifte 19 mit dem Lumen zugewandten Spitzen 20 angeordnet. Die Zylinderstifte 19 tragen jeweils einen achsparallel nach oben weisenden Mitnehmerstift 21, die jeweils in Langlöchern 22 der zweiten Kurvenscheibe 4 geführt sind. Die Länge der Langlöcher 22 und der Zylinderstifte 19 ist dabei so bemessen, daß die Spitzen 20 in der äußeren Extremstellung nicht in das Lumen 7 hineinragen.

Weiter ist die zweite Kurvenscheibe 4 an ihrer Oberseite mit einem ringförmig umlaufenden Steg 23 versehen, der die erste Kurvenscheibe 3 in ihrer Montageposition außen teilweise umgibt. Weiter ist an der äußeren Umfangsflache der zweiten Kurvenscheibe 4 eine flache, breite umlaufende Nut 24 eingebracht, in der in der Montageposition ein

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Bremsband 25 einliegt. Das Bremsband 25 ist mit einem ösenförmigen Endabschnitt 2 6 zugfest in einer Ausnehmung 27 des Gehäuseunterteils 1 angeordnet. Ein zweites ösenförmiges Ende 28 des Bremsbandes 25 ist in eine Zugfeder 29 eingehängt, die über eine Einstellschraube 30 mit Sicherungsmutter 31 vorspannbar ist.

Die Kurvenscheibe 3 ist in der Figur 2 in einer Draufsicht auf die in Figur 1 unten befindliche Flachseite dargestellt. Dabei sind zwei um 180° gegeneinander versetzte Führungskurven 40 in Gestalt von spiralförmigen Nuten vorgesehen. Sie umgeben die Bohrung 11 und verlaufen jeweils von einem lumenfernen Ende 41 zu einem lumennahen Ende 42. Außerdem sind Durchgangsbohrungen 43 für die Stifte 14 sowie gestufte Gewindebohrungen 44 für die Befestigungsschrauben 15 erkennbar.

Die Mitnehmerstifte 21 der Zylinderstifte 19 greifen in der Montageposition in die Nuten 41 ein, wobei jeweils drei benachbarte Mitnehmerstifte in dieselbe Nut greifen.

Die Mitnehmerstifte 21 sind um jeweils 60° gegenüber der Mittenachse 6 versetzt angeordnet. Sie sind in der Montageposition also derart in der Führungsnut 40 angeordnet, daß jeweils ein Stift in einer radial äußersten Position, und damit dem lumenfernen Ende 41 entsprechend, angeordnet ist, während die beiden anderen Positionen um 60° entlang der Führungskurve 40 nach innen versetzt sind. Dies entspricht Positionen 45 und 46 in Figur 2, wobei die erläuterte Position die radial äußere Extremstellung betrifft.

In der Praxis ist die soeben beschriebene Stellung die Grundstellung der Greifereinheit, in der das Mitnehmermittel in Gestalt der Zylinderstifte 19 in der radial au-

ßeren Position ruht. Die Spitzen 20 ragen dabei nicht in das Lumen 7 hinein. In dieser Grundstellung wird im praktischen Betrieb ein zu öffnender Behälter von unten entlang der Achse 6 in das Lumen hineingeführt, so daß der abzuziehende Verschluß (Schraubkappe oder Stopfen) in das Lumen 7 hineinragt, wobei der Verschluß möglichst mittig zwischen den Spitzen 20 angeordnet ist. Sodann wird über den Getriebemotor 8 und das Zahnrad 5 die erste Kurvenscheibe 3 in eine Drehbewegung mit erster Drehrichtung versetzt, die bei der Darstellung gemäß Figur 1 von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn und bei der Darstellung gemäß Figur 2 im Uhrzeigersinn erfolgt. Die zweite Kurvenscheibe 4 wird dabei von dem Bremsband 25 zunächst gehalten. Während der Drehung in der ersten Drehrichtung wandern die Mitnehmerstifte 21 in den Führungskurven 40 von den Positionen 41, 45 und 46 in Richtung auf das jeweilige lumennahe Ende 42, wobei sie bezüglich der Mittenachse 6 in der jeweiligen Durchgangsbohrung 18 eine radiale Zustellbewegung ausführen. An einem bestimmten Punkt der Zustellbewegung stoßen die Spitzen 20 der Zylinderstifte 19 auf den Verschluß und dringen gegebenenfalls geringfügig in die Oberfläche ein. Die Anlagekraft erzeugt einen Widerstand in der Drehbewegung der ersten Kurvenscheibe 3, da die Mitnehmerstifte 21 nicht weiter nach innen bewegt werden können und gegen die Außenwand der Führungskurven 40 gedrängt werden. Das Antriebsmoment des Getriebemotors 8 führt dann dazu, daß das Bremsmoment des Bremsbandes 25, welches durch die Vorspannung der Schraubenfeder 29 einstellbar ist, überwunden wird und die Kurvenscheibe 4 mit der Kurvenscheibe 3 und den darin befindlichen Bauelementen in eine gemeinsame, im wesentlichen synchrone Drehung um die. Achse 6 versetzt wird. Ein zwischen den Spitzen 20 fest ergriffener Verschluß

wird dabei gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so daß ein rechtsgängiges Gewinde geöffnet wird. Der zu öffnende Behälter wird dabei von der Zuführeinrichtung entlang der Achse 6 nach unten aus der Öffnungseinheit herausbewegt.

Sobald der Verschluß von dem Behälter abgezogen ist, was durch ein abfallendes Antriebsmoment des Getriebemotors und den damit verbundenen Abfall der Stromaufnahme detektiert werden kann, wird der Getriebemotor 8 gestoppt und in die entgegengesetzte Richtung in Drehung versetzt, so daß die erste Kurvenscheibe 3 in die zweite Drehrichtung gedreht wird. Dabei werden die Zylinderstifte 19 über die Mitnehmerstifte 21 in eine radial außen liegende Extremstellung bewegt, während zunächst die zweite Kurvenscheibe 4 in Ruhe bleibt. Dabei wird der Verschluß in dem Lumen 7 freigesetzt und kann aus dem Lumen 7 abgesaugt und entfernt werden. Da das Lumen 7 durchgängig ist, kann der Verschluß in die dem geöffneten Behälter entgegengesetzte Richtung abgesaugt werden, so daß mit der Förder- und Zustellbewegung des Behälters keine Kollision erfolgt.

Die Kurvenscheiben 3 und 4 sowie die Leithülse 12 bestehen bei diesem Ausführungsbeispiel aus mit Graphit versetztem PTFE, so daß sich eine wartungsfreie und selbstschmierende Anordnung ergibt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Greifereinheit in Verbindung mit der reihenweisen automatischen Öffnung von medizinischen Probenbehältern verwendet werden soll.

Bei der insoweit beschriebenen Greifereinheit sind sowohl die Zustellbewegung als auch die Drehbewegung mit einem einzigen Antriebsmotor, dem Getriebemotor 8, erzielbar. Die Öffnungsbewegung und die anschließende Freigabe des Verschlusses werden allein durch die beiden entgegenge-

setzten Drehrichtungen ausgeführt. Der Getriebemotor 8 muß also lediglich in seinen beiden möglichen Drehrichtungen angesteuert werden. Das Antriebsmoment des Getriebemotors 8 kann über die Stromaufnahme bestimmt werden und gibt die zusätzliche Information über den Zustand des derzeit ablaufenden Öffnungsvorgangs.

Insgesamt ergibt sich eine einfache und weitestgehend wartungsfreie Anordnung, bei der beispielsweise auch keine Versorgungs- oder Sensorleitungen mit um die Achse 6 gedreht werden müssen. Es ist weiterhin nicht erforderlich, daß bei der Drehbewegung in die zweite Drehrichtung die gesamte Vorrichtung wieder in die Grundstellung zurückverfahren wird, die sie bei Beginn der ersten Drehbewegung hatte. Vielmehr ist es vollkommen ausreichend, wenn allein die Mitnehmermittel in Gestalt der Zylinderstifte 19 in ihre radial äußere Position verfahren werden .

Claims

1. Greifereinheit zum Öffnen von Behältern, mit einem Lumen (7), sowie mit wenigstens einem Mitnehmermittel (19), das in einer Zustellbewegung in das Lumen (7) einführbar ist, sowie mit einem Antriebsmittel (8) zur Erzeugung einer Umlaufbewegung des wenigstens einen Mitnehmermittels (19) um eine Achse (6) des Lumens (7), dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel (8) sowohl die Zustellbewegung als auch die Umlaufbewegung erzeugt.

2. Greifereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kurvengetriebe für die Zustellbewegung vorgesehen ist.

3. Greifereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvengetriebe eine erste Kurvenscheibe (3) aufweist, die wenigstens eine von einem lumenfernen Ende (41) zu einem lumennahen Ende (42) verlaufende Führungskurve (40) trägt, wobei die wenigstens eine Führungskurve (40) vorzugsweise einer Flachseite der Kurvenscheibe (3) zugeordnet ist.

4. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnehmermittel (19) in einer zweiten Kurvenscheibe (4) derart geführt ist, daß die Zustellbewegung im wesentlichen radial bezüglich der Achse (6) des Lumens (7) ausführbar ist.

5. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnehmermittel (19) einen in die Führungskurve (40) ragenden Stift (21) trägt, der im wesentlichen parallel zu der Achse (6) des Lumens (7) ausgerichtet ist.

6. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kurvenscheibe (3, 4) etwa planparallele kreisförmige Scheiben sind, die mit einander zugewandten Flachseiten aneinander anliegen und die mittig in Form einer senkrechten zylindrischen Bohrung das Lumen (7) in Radialrichtung begrenzen.

7. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Mitnehmermittel (19) einen Zylinderstift (19) umfaßt, der in einer zu dem Lumen (7) hin offenen Radialbohrung (18) der zweiten Kurvenscheibe (4) geführt ist und der eine der Achse zugewandte Spitze (20) trägt.

8. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kurvenscheibe (3) eine koaxiale Verzahnung (5) trägt, die mit einem Ritzel (10) des Antriebsmittels (8) kämmt, wobei das Antriebsmittel (8) vorzugsweise ein Elektromotor mit parallel zu der Achse (6) angeordneter Welle (9) ist.

9. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kurvenscheibe (3, 4) in einem Gehäuse (1, 2) um die Achse (6) drehbar gelagert sind, wobei die angetriebene erste Kurvenscheibe (3) in einer ersten Drehrichtung zunächst bei ruhender zweiter Kurvenscheibe (9) mittels der Führungskurve (40) und des dort eingreifenden Stiftes (21) ausgehend von dem lumenfernen Ende (41) die Zustellbewegung der Mitnehmermittel (19) bewirkt und, sobald die Mitnehmermittel (19) entweder an das lumennahe Ende (42) der Führungskurve (40) oder an einen in dem Lumen (7) befindlichen Gegenstand stoßen, auch die zweite Kurvenscheibe (4) im wesentlichen synchron mit der ersten Kurvenscheibe (3) umläuft.

10. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Drehrichtung zunächst die erste Kurvenscheibe (3) derart gegen die zweite Kurvenscheibe (4) verdreht wird, daß die Mitnehmermittel (19) in ihre lumenferne Position kommen und dann entweder das Antriebsmittel (8) stoppt oder die erste und die zweite Kurvenscheibe (3, 4) eine synchrone Drehung in der zweiten Drehrichtung ausführen.

11. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kurvenscheibe (4) mittels einer Bandbremse (25) ein zumindest in einer Drehrichtung definiertes Bremsmoment erhält, wodurch die Zustellbewegung in Radialrichtung mit einer definierten Mindestkraft erfolgt, bevor die zweite Kurvenscheibe (4) in der ersten Drehrichtung in Drehung versetzt wird.

12. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt sechs Mitnehmermittel (19) gleichmäßig um das Lumen (7) herum angeordnet sind, die mit jeweils einem Stift (21) in insgesamt zwei um 180° gegeneinander versetzte, spiralförmige Führungskurven (40) eingreifen.

13. Greifereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kurvenscheibe (3, 4) auf einem selbstschmierenden Kunststoff, vorzugsweise aus mit Graphit versetztem PTFE gefertigt ist.