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Die
folgende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Aufbewahren von und Zugreifen auf thermolabile(n)
Produkte(n) gemäß dem Oberbegriff
der jeweiligen Ansprüche
1 und 12. Ein(e) solche(s) Vorrichtung und Verfahren sind aus dem
Dokument
US 5 233 844 bekannt.
Jedes aufbewahrte Produkt hat eine eindeutige Identität, die sowohl
mit seiner Herkunft als auch mit seinem Standort im Behälter zusammenhängt. Die
Vorrichtung beinhaltet ein Mittel zum Lesen solcher Identitäten. Im
Speziellen können mit
dieser Vorrichtung insbesondere Gewebe, DNA-Proben, Laborproben,
bestimmte Blutprodukte und vor allem weiße Blutkörperchen kältegeschützt werden, ihre Temperatur
kann mit einer vorprogrammierten, geregelten Geschwindigkeit verringert
werden, sie können
aufbewahrt werden und es kann dann nach einer angemessenen Identifikation
darauf zugegriffen werden, um sie für den späteren Gebrauch herauszugeben.
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Technischer Hintergrund
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Die
Notwendigkeit einer Aufbewahrung thermolabiler Produkte, vor allem
in der Medizin und aufgrund ihres Nutzens als rechtliches Beweismittel,
nimmt weiterhin zu. Gewebeproben, DNA-Proben und Laborproben sind
Beispiele für
Substanzen, die nach Ihrer Untersuchung, Typisierung und Abgleichung
für eine
anschließende
Aufbewahrung in Frage kommen, falls irgendwann einmal eine weitere
Analyse notwendig ist. Produkte, die in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur
abbauen können,
haben einen geringen Archivierungsnutzen, sofern sie nicht ordnungsgemäß konserviert
und erhalten werden.
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Bedeutende
Fortschritte im Stand der Technik bezüglich der Blutzellenforschung,
vor allem bei der Sequestrierung und Konservierung weißer Blutkörperchen,
und die Entdeckung, dass diese Zellen zwischen nicht verwandten
Spender und Empfängern
verwendet werden können,
haben einen Bedarf an einer zuverlässigen Gefrier- und Aufbewahrungsvorrichtung
für Blutprodukte,
insbesondere Blutzellen, geschaffen, um ihre Qualität vor dem
Gebrauch aufrechtzuerhalten. Es ist zwar nicht mehr absolut nötig, dass
Spender und Empfänger miteinander
verwandt sind, doch erhöhen übereinstimmende
Charakteristiken von Spender und Empfänger derzeit eher die Wahrscheinlichkeit
einer Akzeptanz durch den Empfänger
als einer Abstoßung.
Aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wird angenommen, dass für eine optimale
Abgleichung eines Spenders mit einem Empfänger die Auswahl aus einer
Ansammlung von tausenden oder sogar hunderttausenden Spenderproben
erforderlich sein kann.
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Das
Problem in Verbindung mit der Aufbewahrung großer Zahlen von Spenderprodukten
besteht darin, dass sie thermolabil sind und daher mit der Zeit
abbauen können,
wenn sie nicht mit einer geregelten Geschwindigkeit eingefroren
und dann in einer kontrollierten Umgebung mit extrem niedriger Temperatur
gehalten werden. Genauso wichtig ist, dass es, wenn die Produkte
einmal in der geeigneten Tieftemperaturumgebung aufbewahrt werden,
noch immer äußerst erwünscht ist,
dass das Produkt bei dieser Temperatur stabil und ungestört bleibt,
bis es verwendet wird. Dadurch wird höchste Qualität gewährleistet.
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Diese
vorangehenden Überlegungen
werfen erhebliche technische Probleme auf, besonders dann, wenn
die Produkte bei Temperaturen aufbewahrt werden, für die Stickstoff
als kalte Lagerungsflüssigkeit
verwendet wird, da Mechanismen, die in einer solchen Betriebsumgebung
arbeiten, einer Temperatur von –190°C standhalten
müssten.
Bei so niedrigen Temperaturen bereiten Aufgaben, die bei Raumtemperatur
relativ einfach sind, z.B. Aufbewahren, Auswählen und Entnehmen von Produkten,
Schwierigkeiten. Mechanische Instrumente können bei extrem niedrigen Temperaturen
störungsanfällig sein.
Wenn es zu einer mechanischen Störung
kommt, ohne dass irgendeine Art von Systemredundanz vorhanden ist,
kann es zu ernsten Konsequenzen sowohl mit Bezug auf eine rechtzeitige
Behandlung als auch die Erhaltung der Produktqualität kommen,
da kein Zugriff auf das Produkt bzw. keine Bewahrung des Produkts
bei einer konstanten Temperatur möglich ist.
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Die
folgenden Patente reflektieren den Stand der Technik, dessen sich
die Anmelderin bewusst ist, insofern als diese Patente für das vorliegende
Verfahren relevant zu sein scheinen. Es gilt jedoch, dass keines dieser
Patente, sei es alleine oder in irgendeiner erdenklichen Kombination,
den Nexus der vorliegenden Erfindung wie zuvor hierin dargelegt
und insbesondere beansprucht lehrt. US-PATENTDOKUMENTE
| PATENT
NR. | AUSSTELLUNGSDATUM | ERFINDER |
| 5,125,240 | 30.
Juni 1992 | Knippscheer
et al. |
| 5,233,844 | 10.
August 1993 | Richard |
AUSLÄNDISCHE
PATENTDOKUMENTE
| PATENT
NR. | AUSSTELLUNGSDATUM | ERFINDER |
| EP0 411 224 A2 | 2.
Februar 1991 | Knippscheer
et al. |
| WO91/02202 | 21.
Februar 1991 | Richard |
| WO91/02203 | 21.
Februar 1991 | Knippscheer
et al. |
| WO91/09521 | 11.
Juli 1991 | Richard |
| WO92/16800 | 1.
Oktober 1992 | Knippscheer
et al. |
| WO93/03891 | 4.
März 1993 | Knippscheer
et al. |
| JP4-507,283 | 17.
Dezember 1992 | Knippscheer
et al. |
| JP6-509,782 | 2.
November 1994 | Knippscheer
et al. |
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Die
verschiedenen Patente von Knippscheer et al. lehren die Verwendung
einer Aufbewahrungsvorrichtung zum Kälteschützen thermolabiler Produkte,
einschließlich
eines Mittels zum selektiven Entnehmen bestimmter Produkte bei Bedarf.
Alle diese Lehren des Standes der Technik können kollektiv so charakterisiert werden,
dass sie komplexe mechanische Mechanismen benötigen, deren bewegliche Komponenten
zuverlässig
bei Temperaturen funktionieren müssen,
für die
das Vorhandensein von Flüssigstickstoff
vorgesehen ist. Da eine relative Bewegung von mechanischen Instrumente
beschrieben wird, sind Faktoren wie Wartung, Reparatur und Schmierung
der Instrumente sowie die Zuverlässigkeit
bei solch niedrigen Temperaturen ein ernstes Anliegen. Die vorliegende
Erfindung unterscheidet sich von den Patenten von Knippscheer et
al. unter anderem dadurch, dass keine beweglichen Komponenten Antriebsmechanismen
haben, die mit dem Flüssigstickstoff
in Kontakt kommen oder direkt darin betrieben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung löst
die Probleme des Standes der Technik auf vielerlei Weisen. Die vorliegende
Erfindung stellt einen abgedichteten Behälter mit einer Reihe ringförmiger Gestelle
bereit, die darin konzentrisch angeordnet sind. Jedes der Gestelle
wird in einer festen Position mit Bezug auf die peripheren Wände des
Behälters
gehalten. Flüssigstickstoff
bedeckt die Gestelle. Die jeweiligen ringförmigen Gestelle sind voneinander
durch einen ringförmigen
Durchgang getrennt. Die ringförmigen
Durchgänge
bieten Zugang zu den Gestellen und daher zu den thermolabilen Produkten,
die in den Gestellen aufbewahrt werden.
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Zwischen
einer Oberfläche
des Flüssigstickstoffs
und einem obersten Ende des Behälters
ist ein Kopfraum vorgesehen. Der Kopfraum wird mit Stickstoffgas
versehen, um die Temperatur tief zu halten. Über der Flüssigkeit befindet sich auch
ein Zugangsportal, das mit den Umgebungsbedingungen in Verbindung
steht.
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Das
obere Ende des Behälters
ist geschlossen. Das Gehäuse
kann die folgende Struktur aufweisen. Zum Ersten ist das darüber liegende
Gehäuse
abgedichtet, um eine Gaskappe zu bilden. Im Speziellen liegt eine
erste Scheibe über
dem obersten Ende des Behälters.
Diese erste Scheibe verhindert, das Stickstoffgas entweicht, und
bildet eine thermische Barriere. Über der Scheibe ist außerdem ein
isolierender Raum vorhanden. Das Gehäuse liegt über und begrenzt sowohl den
obersten Abschnitt des Behälters
als auch die gesamte Scheibe. Zusammen bilden das Gehäuse und
die Scheibe Barrieren, um zu verhindern, dass in Luft enthaltene Wärme und
Umgebungsfeuchtigkeit in den Behälter
gelangt.
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Zum
Zweiten bildet das Gehäuse
eine Tragstruktur für
einen Roboterarm-Antriebsmechanismus.
Ein Roboterarm ist mit dem Antriebsmechanismus verbunden und erstreckt
sich durch die Scheibe, um auf die Gestelle und die in den Gestellen enthaltenen
thermolabilen Produkte über
die ringförmigen
Durchgänge
zuzugreifen. Der Roboterarm kann sich zu ausgewählten Orten in den Gestellen
bewegen und thermolabile Produkte von den Gestellen zum Zugangsportal
und wieder zurück übertragen.
Der Roboterarm beinhaltet außerdem
einen Schaltmechanismus, der den Arm mit Bezug auf seine Position
gegenüber
einem evtl. im Behälter fixierten
Referenzpunkt initialisiert und ausrichtet. Der Roboterarm beinhaltet
ein Mittel zum Lesen von Symbolen, die entweder auf einer exponierten
Oberfläche
des thermolabilen Produkts oder auf einem Halter enthalten sind,
der das thermolabile Produkt einkapselt. Der Roboterarm überträgt diese
Informationen von dem thermolabilen Produkt oder Halter zu einem
fernen Lese- und Speicherort. Da das Ausrichten und Schalten des
Roboterarms, verbunden mit seiner Fernlese- und -speicherfähigkeit
erwünscht
sind, wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass nur das erwünschte thermolabile
Produkt aus dem Behälter
genommen wird. Beim Einfügen
des thermolabilen Produkts in den Behälter ist die Aufbewahrungsadresse
bekannt.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
industrielle Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird anhand
einer Erörterung
der folgenden Aufgaben der Erfindung demonstriert.
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Demzufolge
ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues,
neuartiges und nützliches
Verfahren und eine Apparatur zur kryogenen Aufbewahrung thermolabiler
Produkte bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wie oben
gekennzeichnete Vorrichtung mit einer äußerst haltbaren Konstruktion
bereitzustellen, die sicher im Gebrauch und für eine Massenproduktion geeignet
ist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine wie oben gekennzeichnete
Vorrichtung bereitzustellen, bei der die Betriebsumgebung mit extrem
niedriger Temperatur unterhalb aller damit assoziierten beweglichen
Mechanismen liegt, so dass zusätzliche
Zuverlässigkeit
erhalten wird und keine Wartungsprobleme entstehen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine wie oben gekennzeichnete
Vorrichtung bereitzustellen, bei der thermolabile Produkte, die
bei kryogenen Temperaturen aufbewahrt werden, zu einer bestimmten
Adresse in der Aufbewahrungsvorrichtung übertragen werden können und
dort bis zu ihrem späteren Gebrauch
bleiben.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine wie oben charakterisierte
Vorrichtung bereitzustellen, bei der jedes aufbewahrte thermolabile
Produkt für
Verifizierungszwecke zuerst gescannt wird, um die Wahrscheinlichkeit
zu erhöhen,
dass nur das korrekte Produkt aus der Aufbewahrung genommen wird, um
unerwünschte
Temperaturabweichungen, vor allem Temperaturanstiege, des Produktes
zu verhindern.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine wie oben charakterisierte
Vorrichtung bereitzustellen, bei der jedes aufbewahrte thermolabile
Produkt vor der Entnahme zuerst gescannt wird, um die Wahrscheinlichkeit
zu erhöhen,
dass nur das korrekte Produkt aus der Aufbewahrung genommen wird,
um jegliche physikalische Störungen
des Produkts gering zu halten, bis eine solche Entnahme erwünscht ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Aufbewahren von
und Zugreifen auf thermolabile(n) Produkte(n) mit den Merkmalen
aus Anspruch 1 bereit.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Aufbewahren
und Wiedergewinnen von thermolabilen Produkten mit den Merkmalen
aus Anspruch 12 bereit.
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Diese
und andere Aufgaben werden anhand der folgenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den angefügten Zeichnungsfiguren offenkundig.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht entlang einer vertikalen Ebene an einem Durchmesser
der Vorrichtung.
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2 ist
eine auseinander gezogene Ansicht der Darstellung aus 1.
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3 ist
eine Draufsicht, wobei bestimmte Innenabschnitte enthüllt sind.
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4 ist
eine perspektivische Darstellung von einem der inneren Aufbewahrungsregale,
wobei ein Zugang zu beiden Seiten davon dargestellt ist.
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5 ist
eine perspektivische Seitenansicht eines Abschnitts des Regals aus 4,
wobei das Fach entfernt ist.
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6 ist
eine Schnittansicht des rechten oberen Toroids aus 1.
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7 ist
ein größerer Ausschnitt
der Darstellung aus 6.
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8 ist
eine Schnittansicht eines in 1 dargestellten
Zugangsportals, wobei eine Hubvorrichtung in einer „Aufwärts"-Position ist.
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9 ist
eine Schnittansicht eines in 1 dargestellten
Zugangsportals, wobei eine Hubvorrichtung in einer „Abwärts"-Position ist.
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10 ist
eine Schnittansicht einer gedehnten Dichtung auf einer Scheibe.
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11 ist
eine Schnittansicht einer Dichtung auf der Scheibe.
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12 ist
eine perspektivische Darstellung der Scheibe.
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13 ist
eine Draufsicht auf die Vorrichtung.
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14 ist
eine Draufsicht auf die Vorrichtung.
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15 ist
eine Seitenansicht eines Abschnitts des oberen Endes.
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16 ist
eine perspektivische Darstellung eines in der Vorrichtung verwendeten
Motorantriebs.
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17 ist
eine perspektivische Darstellung des Halters und des Produkts.
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18 ist
eine perspektivische Darstellung des Roboterarms und Kopfs, der
auf einen Halter zugreift.
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19 ist
eine perspektivische Darstellung des Roboterarms und Kopfs, der
einen Halter ergreift.
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20A zeigt einen Algorithmus, der die Vorteile
eines Gefriervorgangs mit geregelter Geschwindigkeit in Abhängigkeit
von der Temperatur darstellt.
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20B zeigt einen anderen Algorithmus, der
die Vorteile eines Gefriervorgangs mit geregelter Geschwindigkeit
in Abhängigkeit
von der Temperatur darstellt.
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Beste Art(en) der Umsetzung der Erfindung
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern in allen verschiedenen
Figuren gleiche Teile bezeichnen, bezieht sich die Bezugsziffer 10 auf
die Apparatur für
den Aufbau kryogener Bedingungen und die Aufbewahrung thermolabiler
Produkte.
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Im
Wesentlichen und insbesondere mit Bezug auf die 1 und 2,
hat die Vorrichtung 10 drei Hauptbaugruppen: einen Behälter 20 zur
Aufnahme von Flüssigstickstoff,
ein ringförmiges
Gestell 40, das so dimensioniert ist, dass es gleitend und
verschachtelt ins Innere des Behälters 20 passt,
und ein darüber
liegendes Gehäuse 60,
das den Behälter
und das ringförmige
Gestell vor Umgebungsbedingungen abdichtet. Es ist wenigstens ein
Zugangsportal 80 vorgesehen, das sich vorzugsweise im Gehäuse 60 befindet,
damit thermolabiles Produkt (das nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben wird) in die Vorrichtung 10 eingelassen und
daraus entnommen werden kann. Das Zugangsportal 80 steht
mit einem Transportmittel 100 in Verbindung, das einen
Roboterarm 160 und einen Antriebsmechanismus zum Bewegen
der thermolabilen Produkte zu und aus dem Zugangsportal 80 und
dem ringförmigen
Aufbewahrungsgestell 40 beinhaltet.
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Spezieller
und mit besonderem Bezug auf die 1 und 2 werden
nun die Einzelheiten des Behälters 20 erläutert. Im
Wesentlichen ist dieser Behälter
vorzugsweise ein handelsüblicher
Behälter,
der konventionell zum Aufbewahren von Flüssigstickstoff verwendet und
für gewöhnlich als „Druck"-Gefäß bezeichnet wird.
Aufgrund der extrem niedrigen Temperatur (z.B. –190°C) hat der Behälter 20 eine
periphere Seitenwand 2, die an eine Basis 4 mit
einer bogenförmigen
Bodenkontur angeformt ist, wobei eine konvexe Seite der bogenförmigen Kontur
abwärts
gerichtet ist. Eine Innenschnittansicht des Druckgefäßbehälters 20 zeigt,
dass ein innerer Hohlraum 6 vorgesehen ist, der auf nahezu
Vakuum gehalten wird, wie es kommerziell praktikabel ist. Dieses
Vakuum verhindert das Eindringen von Wärme. Der Hohlraum 6 kann
auch mit Schaumstoff gefüllt
werden. Ständer 8 halten
den Behälter 20 sicher über dem
Boden, um einen Wärmetransfer
auszuschließen.
Folglich ist der Behälter 20 eine
Blindbohrung mit offener Oberseite und einer konkaven unteren Innenwand
und dient zur Aufnahme von Flüssigstickstoff.
Wie bei diesen handelsüblichen
Druckgefäßbehältern üblich ist,
ermöglichen
Rohre in Form eines Einlasses 12, der durch ein Ventil
V gesteuert wird, und eines Auslasses 14, der ebenfalls
durch ein Ventil V gesteuert wird, das jeweilige bedarfsabhängige Hinzufügen, Nachfüllen oder Entnehmen
des Flüssigstickstoffs.
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Es
werden nun Einzelheiten des ringförmigen Gestells 40 mit
Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben.
Wie gezeigt, hat das ringförmige
Gestell 40 ein Außenmaß komplementär zur Innenbohrung
des Behälters 20.
Folglich ist das Gestell 40 für ein gleitendes Einführen in
die Blindbohrung des Behälters 20 geeignet und
kann darin ruhen. Der doppelendige Pfeil A aus 2 zeigt
die Richtung des entfernbaren Einführens und Entnehmens mit Bezug
auf den Behälter 20.
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Das
Gestell 40 hat eine periphere Wand 22, an deren
oberstem Ende sich ein nach unten offener, im Wesentlichen „U"-förmiger Gestellträger 24 befindet.
Der U-förmige
Gestellträger 24 ist
nach außen
gewandt und so ausgerichtet, dass er über dem obersten Rand 16 des
Behälters 20 liegt.
Der Gestellträger 24 beinhaltet einen
Buchtabschnitt 24a und einen abwärts verlaufenden Ständer 24b und
ist so gestaltet, dass er das Äußere des
Behälters 20 in
Verbindung mit der peripheren Wand 22 überspannt.
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Außerdem kann
das Gestell 40 durch mehrere Füße 26 getragen werden,
die von der peripheren Wand 22 nach unten vorstehen, so
dass das Gestell 40 auf der oberen konkaven Fläche des
untersten Teils 4 des Behälters 20 ruht. Das
Gestell 40 beinhaltet einen Boden 28, der im Wesentlichen
kreisförmig
ist und aus einer Platte oder einer Mehrzahl von Rippen bestehen
kann, die ein Netz bilden, das sich zur peripheren Wand 22 hin
erstreckt. 3 zeigt zum Beispiel eine Mehrzahl
von radial verlaufenden Rippen 28 als eine Bodenausgestaltung,
die die periphere Wand 22 verbinden und eine Reihe von
konzentrisch angeordneten Gruppierungen von Fächern 32 tragen. Die
Gruppierungen ringförmiger
Fächer
sind in Richtung auf das geometrische Zentrum des Gestells 40 durch
ringförmige
Durchgänge 30 voneinander
getrennt. Der dem Zentrum am nächsten
gelegene Durchgang ist ein Zylinder. In Anbetracht der Dimensionen
eines handelsüblichen
Behälters 20 wird
somit eine Reihe von vier konzentrisch angeordneten Gruppierungen
von Fächern
mit der Konfiguration dargestellt und vorgesehen.
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Wie
in den 4 und 5 zu sehen ist, hat die Mehrzahl
von Fächern 32 ein
unteres Regal 34 mit einer peripheren Lippe 36 an
seinem innen wie auch an seinem außen liegenden bogenförmigen Rand.
Die Fächer 32 können Trennwände 33 aufweisen,
die es ermöglichen,
dass Halter 150 in dem Aufbewahrungsgestell 40 festgehalten
werden. Die Fächer 32 bestehen
aus einer Endlosplatte, die die Kontur einer schlangenlinienförmigen Wand
hat, wobei Trennwände 33 durch
die Enden 35 verbunden sind. Über Zugangsöffnungen 31 können Halter 150 abwechselnd
angrenzenden Durchgängen 30 zugewandt
sein.
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Wie
in 3 zu sehen ist, bewahrt das äußerste Regal (d.h. das unmittelbar
neben der peripheren Wand 22 liegt) zum Beispiel die Halter 150 so
auf, dass der ganz außen
gelegene ringförmige
Durchgang 30 diesen Halter 150 zugewandt ist.
Die folgenden nach innen gerichteten drei Sätze von Regalen 34 tragen
jedoch Fächer 32,
die sowohl an einem inneren bogenförmigen Rand des Regals 34 als
auch an einem äußeren bogenförmigen Rand
des Regals offen sind, wie die 4 und 5 zeigen.
Dadurch können
die Halter 150 mit Bezug auf angrenzende Halter 150 verschachtelt
angeordnet werden, so dass die zahlenmäßige Dichte von einführbaren
Halter erhöht
werden kann. Die Verschachtelung profitiert von der Tatsache, dass
die Halter 150 eine keilförmige Kontur haben, die zur
keilförmigen
Kontur der jeweiligen Fächer 32 passt.
Lediglich die am nächsten
zur Wand 2 liegenden Regale 34 profitieren nicht
von diesem Verschachtelungsmerkmal.
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Im
Folgenden wird auf die 1, 2 und 6 bis 10 Bezug
genommen. Diese Zeichnungen zeigen bestimmte andere Details mit
Bezug auf das Gehäuse 60,
das über
dem Behälter 20 und
dem assoziierten Aufbewahrungsgestell 40 liegt. Wie oben
kurz erwähnt
wurde, dient das Gehäuse 60 als
Träger
für das Zugangsportal 80,
das Transportmittel 100 und den Roboterarm 160.
Ein Kennzeichen des Gehäuses
ist, dass es wie in 2 vorgeschlagen als Monolith
entfernt werden kann, so dass in dem Fall, dass der Behälter 20 ein
Leck aufweist oder aus irgendeinem anderen Grund ausgetauscht werden
muss, das Gestell 40 als eine Einheit bewegt und das gesamte
darin enthaltene thermolabile Produkt für eine anschließende Aufbewahrung an
einem anderen Ort schnell umgesiedelt werden kann. Das Gehäuse 60 beinhaltet
ein stationäres
Toroid 70, das sich beim normalen Gebrauch und Betrieb
nicht relativ zum Behälter 20 bewegt.
Das Toroid 70 trägt
das Zugangsportal 80. Ferner hat das Gehäuse 60 einen
zentralen Kern 90, der vom Toroid 70 umgeben ist.
Der Kern 90 definiert einen Teil des Transportmittels 100 für die noch
zu beschreibende Robotertechnik.
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Insbesondere
bildet das stationäre
Toroid 70 des Gehäuses,
dessen rechter Abschnitt in 6 dargestellt
ist, eine Auflage für
einen Motor M1, der zum Antreiben des Kerns 90 um eine
vertikale Achse VA verwendet wird, die sich im geometrischen Zentrum
der Apparatur 10 befindet und in den 1 und 2 dargestellt
ist. Das Toroid 70 weist außerdem eine effektive Abdichtung
auf, um den Effekt der thermischen Migration auszuschließen. Das
Toroid 70 kommt zum Beispiel mit einer Außenfläche 18 der
Seitenwand 2 in Kontakt, ruht auf dem Suchtabschnitt 24a des
nach unten offenen U-förmigen Gestellträgers 24 und
greift reibschlüssig
in den außen
liegenden vertikalen Ständer 24b des
Suchtabschnitts ein. In 6 ist zu beachten, dass das
abschließende
Ende des vertikalen Ständers 24b des
U-förmigen
Gestellträgers
eine nach innen gerichtete Kontaktlippe 24c aufweist, die
aus Isoliermaterial besteht und als weitere Barriere gegen thermische Migration
dient.
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Der
Motor M1 wird auf einer oberen Haut 42 des Toroids 70 getragen.
Die obere Haut 42 steht mit einer vertikal angeordneten
Außenhaut 44 in
Verbindung. Ein durch eine gerundete Kante 46 definierter Übergangsbereich
stellt eine Verbindung zwischen der oberen Haut 42 und
der Außenhaut 44 dar.
Eine vertikale Innenhaut 48 liegt parallel zur vertikalen
Außenhaut 44 und
ist davon beabstandet. Außerdem
befindet sich eine horizontale untere Haut 50 an einem
untersten Ende der vertikalen Innenhaut 48. Die horizontale
untere Haut 50 ist so gestaltet, dass sie auf dem oben
erörterten
U-förmigen
Gestellträger 24 liegt,
diesen abdichtet und das Gewicht auf ihm verteilt. Zuddem verläuft die
vertikale Außenhaut 44 zur
gleichen horizontalen Ebene der Lippe 24c des U-förmigen Gestellträgers.
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Aufgrund
des extrem geringen Temperaturdifferentials zwischen den Betriebstemperaturen
auf der Innenseite des Behälters 20 und
der Außenseite
ist eine weitere Dichtung 52 horizontal angeordnet und
liegt unter der Lippe 24c und einem freien Ende der vertikalen
Außenhaut 44.
Diese Ringdichtung 52 kann lösbar mit einem einstückig damit
ausgebildeten Ringzapfen 58 befestigt werden. Der Zapfen 58 ist
vertikal ausgerichtet und so gestaltet, dass er lösbar an
einer Außenfläche der
vertikalen Außenhaut 44 befestigt
werden kann. Auf diese Weise kann das Gehäuse 60 bei Bedarf
unabhängig
vom Gestell 40 entfernt werden, indem der Zapfen 58 und
die Dichtung 52 entfernt werden. Befindet sich die horizontal
angeordnete Ringdichtung 52 an ihrem Platz, dann können das
Gehäuse 60 und
das Gestell 40 jedoch als ein Element entfernt werden.
Die Abdichtungsfähigkeit
der Ringdichtung 52 wird durch eine Isolierung 54 verbessert,
die sich direkt unterhalb der Dichtung 52 befindet und
mit einer Ringunterlage 56 festgehalten wird, die sich
auf einer Unterseite der Isolierung 54 befindet. Der Ringzapfen 58 kann
zwecks zusätzlicher
Unterstützung über den
gesamten Weg nach unten zur Ringunterlage 56 verlaufen.
Mittel zum Anbringen des Zapfens 58 an der vertikalen Außenhaut 44 können die
Form entfernbarer Befestigungselemente haben, wie nun offensichtlich
sein müsste.
Die Ringunterlage 56 bietet ausreichend Unterstützung, so
dass in dem Fall, dass das Gehäuse 60 getrennt
von dem Gestell 40 entfernt wird, die Unterlage 56 lasttragend
sein kann.
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Eine
Innenseite des Raums, der von der Außenkontur der Innenhaut 48,
der unteren Haut 50, der Dichtung 52, der Außenhaut 44 und
der oberen Haut 42 definiert wird, weist eine Isolierung 62 auf,
um zum thermischen Wirkungsgrad beizutragen. Wie erwähnt, ist
der Kern 90 so gestaltet, dass er sich mit Bezug auf das
stationäre
Toroid 70 bewegt. Aufgrund der relativen Bewegung kann
es zu einer thermischen Migration zwischen diesen beiden Komponenten
kommen. Folglich ist ein Schacht 64 vorgesehen, der in 7 ausführlich dargestellt
ist. Wie zu sehen ist, befindet sich der Schacht 64 auf
einer Oberfläche
der vertikalen Innenhaut 48 und hat die Kontur einer Aussparung.
Der Schacht 64 beinhaltet einen Bereich für die Aufnahme
eines isolierenden thermischen Schmiermittels wie Silikonöl 66.
Eine der beweglichen Komponenten (Scheibe 104) des Kerns
trägt indirekt
eine Dichtung 102 (nachfolgend beschrieben), die innerhalb
des Schachtes 64 liegt und vom Silikonöl 66 zwecks Schmierung
und Abdichtung umgeben wird. Über
dem Schacht 64 ist ein Freiraum vorgesehen, damit der drehbare
Kern 90 mit Bezug auf den Schacht 64 entfernbar
platziert werden kann. Das Toroid 70 kann aus Teilstücken bestehen,
um diese Anfertigung und Entfernung zu erleichtern.
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Mit
Bezug auf die 1, 2, 8 und 9 werden
nun Merkmale mit Bezug auf das Zugangsportal 80 erläutert. Im
Wesentlichen ermöglicht
das Portal 80 dem thermolabilen Produkt und seinem assoziierten
Halter 150 Zugang zur Innenseite der Vorrichtung 10.
Das Zugangsportal 80 hat vorzugsweise eine Tür 72,
die mit einem Vorraum 74 in Verbindung steht, der wiederum
durch das Toroid 70 des Gehäuses 60 verläuft. Der
Vorraum 74 ist eine in dem Toroid ausgebildete Öffnung,
die in die Isolierung 62 eindringt. Der Vorraum 74 ist
an vier Wänden
(exkl. der Tür 72)
durch eine Haut 76 begrenzt. Folglich hat der Vorraum 74 zwei Seitenhäute, eine
untere Haut und eine obere Haut, die von der Tür 72 hinein verläuft. Wenn
sich herausstellt, dass thermische Migration innerhalb des Vorraums
ein Problem ist, kann ein Stopfen 68 reibschlüssig im
Vorraum 74 platziert werden, wenn das Portal 80 nicht
benutzt wird.
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Der
Vorraum 74 steht mit einer Hubvorrichtung 75 in
Verbindung, die sich am Ende des Vorraums 74 gegenüber der
Tür 72 befindet.
Die Hubvorrichtung hat eine obere Hubwand 78 (9),
eine untere Hubwand 82 und ein Paar gegenüberliegende
Seitenwände 84.
Dadurch entsteht ein Zugang zwischen der Hubvorrichtung 75 und
dem Vorraum 74 (8), so dass ein Blutprodukt
und sein assoziierter Halter 150 Zugang zur Hubvorrichtung
erhalten können,
indem Produkt und Halter 150 entlang dem doppelendigen
Pfeil C bewegt werden. Man beachte, dass eine Endwand 76 gegenüber der
Tür 72 verhindert,
dass das Blutprodukt und der Halter 150 durch die Hubvorrichtung 75 gedrückt werden,
wenn diese in der Aufwärts-Position
steht. 8 zeigt die Hubvorrichtung in einer „Aufwärts"-Position. 9 zeigt
die Hubvorrichtung in einer „Abwärts"-Position. Blutprodukt
und Halter 150 werden einer Innenseite der Vorrichtung 10 preisgegeben,
wie der Doppelpfeil D symbolisch andeutet.
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Die
Hubvorrichtung 75 ist so gestaltet, dass sie sich in der
Richtung des doppelendigen Pfeils B durch die Betätigung einer
Antriebsschraube 86 bewegt. Die 8 und 9 zeigen
die Endpositionen der Hubvorrichtung, die durch die Betätigung der
Antriebsschraube 86 erreicht werden. 1 stellt
graphisch einen Antriebsmechanismus für die Antriebsschraube 86 dar.
In dieser Version ist ein Motor mit einem Zahnrad GM2 direkt mit
der Antriebsschraube 86 verbunden und bewirkt ihre Verschiebung, ähnlich wie
bei einer Zahnstangenbaugruppe. 16 zeigt
weitere Details. Die funktionelle Kopplung der Antriebsschraube 86 mit
der oberen Wand 78 der Hubvorrichtung 75 erleichtert
die Bewegung der Hubvorrichtung 75 wie dargelegt. Als Alternative
kann ein Handrad HW2 zum manuellen Antreiben der Antriebsschraube 86 verwendet
werden.
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Mit
Bezug auf die 7, 10, 11 und 12 werden
nun Details des Kerns 90 erläutert. Im Wesentlichen bewegt
sich der Kern 90 um die vertikale Achse VA und in der Richtung
des in 1 dargestellten Pfeils E. Damit sich der Kern 90 so
bewegen kann, befindet sich ein angetriebener Drehtisch 92 (7) auf
einer Oberseite des Kerns 90. Der Drehtisch 92 beinhaltet
einen Überlappungsabschnitt,
der mit dem Motor M1 aus 6 in Verbindung steht. Im Speziellen
beinhaltet der Drehtisch einen Zahnkranz RG, der auf der Oberseite
der oberen Haut 42 des Toroids verläuft und diese überlappt.
Der Zahnkranz RG greift in das Zahnrad G2 des Motors M1 ein. Das
Zahnrad G1 wird direkt vom Motor M1 angetrieben, so dass die Rotation
des Motors M1 eine gleichzeitige Rotation des Zahnrads G1, G2 und
folglich des Zahnkranzes RG und des Drehtisches 92 bewirkt.
Der Motor M1 kann mit einem Handrad HW1 gedreht werden.
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Der
Drehtisch 92 (7) ist mit einem isolierten
Körper
verbunden, der eine Hülse 94 mit
einer im Wesentlichen hohlen, scheibenförmigen Konstruktion aufweist,
in der sich die Isolierung 96 befindet. Eine untere Wand
der isolierten Hülse 94 hat
einen peripher verlaufenden Vorsprung 98. Der Vorsprung 98 weist
eine herabhängende
Flanschdichtung 102 (7) auf,
die sich innerhalb des oben erwähnten
Schachts 64 befindet. Die nach unten verlaufende Flanschdichtung 102 ist
vom Silikonöl 66 umgeben,
um einen thermischen Durchlauf zu verzögern und eine Auflagerfläche zu schmieren.
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Darüber hinaus
wird die Unterseite der Hülse 94 in
Verbindung mit einer Scheibe 104 gehalten, deren obere
Platte 106 an die Unterseite der Hülse 94 geklebt ist.
Die Scheibe 104 beinhaltet eine untere Platte 108. Die
obere Platte 106 ist von der unteren Platte 108 der
Scheibe über
eine zylindrische Plattenseitenwand 112 beabstandet. Ein
Innenbereich 114 der Scheibe weist einen Hohlraum auf,
der aufgrund seiner thermischen Eigenschaften ein Vakuum enthalten
kann. Abstandsstücke 116 liegen
zwischen der oberen Platte 106 und der unteren Platte 108,
um Festigkeit zu verleihen. Die 10 und 11 zeigen
weitere Einzelheiten der Scheibe 104. Eine Dichtung 120 befindet
sich auf Schlitzwänden 118 der
Scheibe aus noch zuzuordnenden Gründen. Es wird auch auf 12 verwiesen,
die eine perspektivische Darstellung der Scheibe 104 ist.
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Im
Wesentlichen definiert der Zahnkranz RG in Kombination mit dem Drehtisch 92 und
dem Motor M1 das erste von vier Transportmitteln 100, das
es einem Roboterarm 160 erlaubt, auf die Innenseite der
Vorrichtung 10 zuzugreifen, um Produkte dort zu platzieren
und zu entnehmen. Ein Schlitz 122 befindet sich in der Scheibe 104,
der durch die Hülse 94,
ihre Isolierung 96 und den Drehtisch 92 läuft. Dadurch
kann der Roboterarm 160 mit der Innenseite der Vorrichtung 10 in
Verbindung stehen und selektiv auf die Hubvorrichtung 75, die
Halter 150, damit assoziierte Produkte und das Aufbewahrungsgestell 40 zugreifen.
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Vorzugsweise
läuft ein
Schlitz 122 durch den Kern 90. Trotzdem greift
der Roboterarm 160 auf alle ringförmigen Durchgänge 30 in
der Vorrichtung 10 zu. Es ist folglich notwendig, dass
sich der Kern 90 um seine vertikale Achse VA (d.h. in Richtung
des doppelendigen Pfeils E aus 1) dreht.
Dies wird durch den Zahnkranz RG bewirkt, der mit dem Drehtisch 92 und
dem Motor M1 funktionell gekoppelt ist. Darüber hinaus bewegt sich der
Roboterarm 160 radial (d.h. in Richtung des doppelendigen
Pfeils F aus 2). Der Arm 160 bewegt
sich außerdem
vertikal (d.h. entlang dem doppelendigen Pfeil G in 2).
Der Arm 160 bewegt sich außerdem um die Längsachse
des Roboterarms 160 (d.h. in Richtung des doppelendigen
Pfeils H).
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Um
eine radiale Bewegung in der Richtung des doppelendigen Pfeils F
zu erreichen, läuft
der Schlitz 122 (14) ganz
durch den Kern 90. Das heißt, der Schlitz 122 läuft durch
den Drehtisch 92, die Hülse 94, die
Isolierung 96 und die Scheibe 104. Wie in 12 zu
sehen ist, erstreckt sich der Schlitz 122 nicht zum äußersten
Ende der Scheibe 104 oder der Hülse 94 oder Isolierung 96.
Der Roboterarm 160 bewegt sich innerhalb des Schlitzes 122.
Um Wärmeverluste
gering zu halten, wird der Schlitz 122 wie in den 10 und 11 dargestellt
durch eine Mehrzahl von Dichtungen 120 geschützt, von
denen zwei über
und unter der Scheibe 104 platziert sein können. Die
Dichtungen 120 liegen auf jeweiligen Seiten des Schlitzes 122 über den Schlitzwänden 118 der
Scheibe 104 und werden auf der oberen Platte 106 und
der unteren Platte 108 der Scheibe getragen. In 10 ist
die Dichtung 120 gedehnt dargestellt, während der Roboterarm 160 mit
diesem Teil der Dichtung 120 in Kontakt kommt. 11 zeigt,
dass die Dichtung 120 dadurch gekennzeichnet ist, dass sie
ein(e) ausreichende(s) Elastizität
und Gedächtnis
hat, um in einen unverformten Zustand zurückzukehren, nachdem der Roboterarm 160 über die
Länge des
Schlitzes 122 vorwärts
bewegt wurde. So wird der Roboterarm 160 um seine Außenperipherie
an der Scheibe 104 durch die Dichtung 120 geschützt, um
den Durchgang von Wärme
oder Feuchtigkeit zu minimieren.
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13 zeigt,
wie sich der Roboterarm 160 entlang dem doppelendigen Pfeil
F radial bewegt. Im Wesentlichen befindet sich der Roboterarm 160 auf
einem Schlitten 124 und bewegt sich in Richtung des doppelendigen
Pfeils F. Der Schlitten 124 weist an einem Außenrand
ein Rädergetriebe 126 auf,
das mit einem Zahnrad G23 zusammenwirkt, das von einem Motor M3
mit einer Abtriebswelle, die mit einem weiteren Zahnrad G13 versehen
ist, angetrieben wird (siehe 13). Folglich
bewirkt das Antriebsrad G23, dass sich der Schlitten 124 in
der Richtung des Pfeils F bewegt. Da der Roboterarm auf dem Schlitten 124 getragen
wird, bewegt er sich innerhalb des Schlitzes 122.
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Außerdem trägt der Schlitten 124 einen
weiteren Motor, den Motor M4, der ein Antriebsmittel wie eine Kette 128 aufweist,
die vom Zahnrad G14 des Motors angetrieben wird und mit einem komplementär geformten
Kettenrad 132 zusammenwirkt. Das Kettenrad 132 ist
am Roboterarm 160 befestigt. 14 zeigt
den Schlitten 124, der so bewegt wurde, dass sich der Roboterarm 160 in
der Nähe
des Zentrums der Vorrichtung befindet.
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Mit
Bezug auf 15 bewirkt eine Rotation der
Kette 128 durch den Motor M4 über das Zahnrad G14, dass sich
der Roboterarm 160 bewegt. Der Rotationsgrad in Richtung des
doppelendigen Pfeils H beträgt
vorzugsweise 180°.
Man beobachtet (1), dass durch die Rotation
des Roboterarms um 180° der
Zugriff des Roboterarms 160 auf Gestelle auf gegenüberliegenden
Seiten jedes ringförmigen
Durchgangs 30 ermöglicht wird.
Ferner ist mit Bezug auf 15 zu
beachten, dass das Kettenrad 132 einen nach oben verlaufenden
Vorsprung 134 hat. Dieser Vorsprung trägt einen Motor 136.
Der Motor 136 ist wiederum mit einem Zahnrad 138 ausgestattet,
das so gestaltet ist, dass es in ein Ritzel 142 eingreift,
das am Roboterarm 160 angeformt ist. Während das Kettenrad 132 in
Richtung des doppelendigen Pfeils H rotiert, befindet sich der Motor 136 also stets
im Gewindeeingriff mit dem Ritzel 142, um die vertikale
Vorwärtsbewegung,
d.h. in der Richtung des doppelendigen Pfeils G, des Roboterarms
zu ermöglichen.
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Die
soeben beschriebene Bewegung ist in 16 auch
aus einem anderen Blickpunkt dargestellt. Man erinnere sich, dass
die Hubvorrichtung 75 mit verschiedenen Arten von Hubvorrichtungsantrieben
dargestellt wurde. Ein zuvor hierin erwähnter Antrieb (GM2) könnte auch
der in 16 dargestellte Antrieb sein. Handräder, z.B.
HW3, HW4, die HW1 und HW2 ähnlich
sind, können
für einen
Eingriff von Hand an den Motoren angebracht werden.
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Im
Folgenden wird der Halter 150 ausführlich beschrieben. Mit Bezug
auf 17, der Halter 150 ist vorzugsweise ein
Planckscher Strahler aus einem Federmetallmaterial, der offene Endwände hat,
die eine gleitende Einfügung
eines thermolabilen Produktbeutels TPB dort hinein ermöglichen.
Insbesondere beinhaltet der Halter 150 eine obere Wand 144 mit
Längs-
und Breitkanten. Eine Längskante
trägt eine
nach unten hängende
erste Seitenwand 146. Die Seitenwand 146 weist
einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt auf, wobei die
Abgrenzungslinie zwischen dem unteren und dem oberen Abschnitt durch
einen nach innen gerichteten Steg 148 definiert ist. Der
Steg 148 bewirkt, dass der untere Abschnitt etwas eingeschnürt ist und
in einer unteren Wand 152 endet, die eine Haarnadelkurve
bildet. Die untere Wand 152 steht mit einer nach oben verlaufenden
zweiten Seitenwand 156 in Verbindung, die ähnlich geformte
obere Abschnitte und untere Abschnitte und einen analogen Steg 158 hat.
Die zweite Seitenwand 156 beinhaltet jedoch ein freies
Ende 154 in der Nähe
der zweiten Längskante
der oberen Wand 144. Da dieser Halter 150 aus
einem federartigen Material besteht, weist er ein(e) ausreichende(s)
Elastizität
und Gedächtnis
auf, um die in 17 dargestellte Gestalt beizubehalten,
lässt jedoch
eine Verformung zu, um ein gleitendes Einführen des in 17 dargestellten thermolabilen
Produktbeutels TPB dort hinein zu ermöglichen, wenn der Beutel in
Richtung des Pfeils K vorwärts
bewegt wird. Ein weiteres Merkmal der oberen Wand 144 ist,
dass sie ähnlich
wie der Beutel TPB eine Art von Lokalisierungsmittel 162 aufweist,
das in 17 als Strichcode dargestellt
ist.
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Die
Details des Roboterarms 160 sind nun am besten nachvollziehbar,
da er so gestaltet ist, dass er mit dem Halter 150 zusammenwirkt.
Wie in den 18 und 19 dargestellt
ist, hat der Roboterarm 160 an seinem untersten Abschnitt
einen Kopf 164. Man erinnere sich, dass sich der Arm, wenn
er entlang dem doppelendigen Pfeil H aus 15 rotiert
wird, an Halter 150 auf beiden Seiten eines ringförmigen Durchgangs 30 mit
Bezug auf das Traggestell 40 wenden kann. Der Kopf 164 des
Roboterarms 160 hat Mittel zum Übertragen eines Signals, wobei
der Transmitter 166 als ein optisches Faserbündel illustriert
ist. Außerdem
ist ein Mittel für
den Empfang eines reflektierten optischen Signals vorgesehen, wobei
der Empfänger 168 auch
als ein Lichtwellenleiterbündel
konfiguriert ist. Wenn der Kopf 164 auf einen der Halter 150 zugreifen
soll, die in dem Aufbewahrungsgestell 40 enthalten sind,
geht er zu dem bekannten Ort, wo das Produkt von Interesse angeblich
aufbewahrt wird. Der Sender 166 und der Empfänger 168 bestätigen, dass
der korrekte Ort lokalisiert wurde. Danach klinkt der Kopf 164 am
Halter 150 durch die Erregung eines Mittels zum Einsammeln
des Halters 150 cm (siehe 18 und 19).
In einer Form der Erfindung wird der Halter 150 mit dem
Kopf 164 des Roboterarms 160 über einen elektrisch erregten
Magnetkoppler 172 verbunden. Wie in 19 zu
sehen ist, wird der Magnetkoppler 172 erregt, sobald Halter 150 und
Kopf 164 tangential aufeinander ausgerichtet sind, so dass
die beiden miteinander verriegelt werden. Der Halter 150 wird
dann leicht angehoben, um über
die Leiste 36 anm Regal 34 zu gelangen, die an
früherer
Stelle erläutert
wurde. Der Kopf 164 des Roboterarms 160 kann dann
zur Hubvorrichtung übergehen.
In 9 ist der Kopf 164 dargestellt, wie er
auf die Hubvorrichtung in ihrer untersten Position zum Aufnehmen
oder Zurückstellen
eines Halters 150 mit einem Produkt zugreift. Wie in den 15 und 18 zu
sehen ist, steht der Transmitter 166 mit einem Computer
und einer Energiequelle 190 in Verbindung, die in 15 graphisch
dargestellt sind. Zu diesem Zweck verläuft ein Lichtwellenleiterbündel 176 zwischen
dem Sender 166 und einer Lichtkamerabaugruppe 187,
die zwischen einem Ende des Arms 160 und der Computer-Energiequelle 190 liegt;
ein Lichtwellenleiterbündel 178 für den Empfänger verläuft ebenso
zwischen dem Empfänger 168 und
der Computer-Energiequelle 190 durch die Kamera 187;
und ein Magnetleiter 173 verläuft zwischen dem Magnetkoppler 172 und
der Computer-Energiequelle 190.
Im Wesentlichen steuert die Computer-Energiequelle 190 alle
mit dem Roboterarm 160 und optional mit der Hubvorrichtung 75 assoziierten
Motoren. Auf diese Weise kann die Führung des Roboterarms 160 präzise gesteuert
werden, um zu gewährleisten,
dass das exakte Produkt am exakten Ort aufbewahrt wird und bei Bedarf
wiederauffindbar ist.
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Ferner
kann es für
die Ausrichtung des Gestells 40 in dem Behälter 20 von
Vorteil sein, einen absoluten Referenzpunkt RP zur Initialisierung
des Roboterarms mit Bezug auf den Computer und alle Aufbewahrungsadressen
oder Fächer 32 innerhalb
der Vorrichtung 10 einzubeziehen. Auf diese Weise kann
das System stets neu initialisiert werden, und zwar selbst dann,
wenn das System z.B. während
eines Stromausfalls in den Standby-Modus zurückkehren muss. Ein Referenzpunkt
RP könnte
zum Beispiel in der Nähe
einer Hubvorrichtung 75 liegen (siehe 9).
Außerdem
sind in 9 ein zusätzlicher Sender 166 und
Empfänger 168 vorgesehen,
die zusätzliche
Sicherheit bieten, wenn die Komponenten des Kopfes 164 verifiziert
werden müssen.
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3 zeigt,
dass mehrere Zugangsportale 80 vorhanden sind. Es ist beabsichtigt,
dass von den mehreren Portalen eines (80r) für die Entnahme
und der Rest (80i) für
das Einführen
von Produkten reserviert ist. In einer bevorzugten Form der Erfindung
kann das Entnahmezugangsportal speziell so gestaltet sein, dass sich
der Halter 150 in einem Dewargefäß 87 befindet, so
dass Flüssigstickstoff
mit Hilfe eines Zapfhahns 88, der in Fluidverbindung mit
einem oberen offenen Bereich des Dewargefäßes 87 ist, zugegeben
werden und den Halter 150 und Produkt umgeben kann. Auf
diese Weise wird das im Halter 150 enthaltene Produkt auf einer
extrem niedrigen Temperatur ohne jegliche nachteilige Temperaturspitzen
gehalten. Im umgekehrten Fall wird in Betracht gezogen, dass die
Einführungszugangsportale
Heizmittel in Form von Halogenbirnen 85 enthalten, so dass
die Gefriergeschwindigkeit des Produktes geregelt werden kann. Die
Birnen (wenigstens eine auf jeder Seite des Halters 150)
profitieren von einem Parabolspiegel 91, der die Strahlungsenergie
fokussiert und kollimiert.
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Die 20A und 20B illustrieren
Kurven und Algorithmen mit geregelter Geschwindigkeit, die die Art und
Weise optimieren, in der das Produkt eingefroren wird. Man geht
davon aus, dass jedes Produkt möglicherweise
eine bevorzugte Geschwindigkeit für den Gefriervorgang hat. Eine
Eigenschaft der Schwarzkörperkonfiguration
des Halters 150 ist, dass er extrem schnell auf die Umgebungsbedingungen
innerhalb der Vorrichtung 10 reagiert. Die Halogenbirnen 85 können den
Zweck haben, die Geschwindigkeit, in der der Gefriervorgang erfolgt,
herabzusetzen, so dass sie als Wärmeschranke
dienen, um die Qualität
des Produkts zu optimieren. Darüber
hinaus kann eine Rückkopplungsschleife,
die den Algorithmus ergänzt,
das System verbessern. Ferner kann der Halter 150 eine
Aussparung 151 beinhalten, in der eine Sonde 163 zum Überwachen des
Temperaturprofils aufgenommen werden kann.
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Außerdem wird
bevorzugt, dass der Aufbewahrungsraum maximiert wird. Die Flüssigkeit
(insbesondere Flüssigstickstoff)
erstreckt sich folglich zum obersten Abschnitt der Aufbewahrungsgestelle 40.
Eine Gaskappe erstreckt sich somit oberhalb der Aufbewahrungsgestelle
und hat die Temperatur, die ein Halter 150 wahrnimmt, wenn
er anfänglich
in der Vorrichtung 10 platziert wird. Der Flüssigstickstoff
liegt gewöhnlich
bei –190°C, wohingegen
die Gaskappe von vergastem Stickstoff bei –150°C liegt. Da der Plancksche Strahler
des Halters 150 Wärme
so effizient überträgt, ist
es in bestimmten Fällen
erwünscht,
die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur des Produkts sinken
darf, zu verringern. Die Halogenbirnen 85 regeln somit
die Geschwindigkeit, mit der der Gefriervorgang stattfindet. Wie
zuvor hierin erwähnt
wurde, besteht der Halter 150 aus einem Federmaterial.
Das Produkt ist gewöhnlich
in einem Beutel mit einer minimalen Dicke enthalten. Wenn das Produkt über eine
offene Endwand des Halters 150 geführt wird, bewirkt die Federkraft
des Halters 150, dass das Produkt eine minimale Dicke annimmt.
Dadurch wird ebenfalls eine schnelle Kühlung gewährleistet.
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Bei
Gebrauch und Betrieb ist das thermolabile Produkt gewöhnlich in
einem Beutel enthalten, der mehrere Indikatoren 162 aufweist,
die mit dem Ausgangsprodukttyp und den auf dem Halter enthaltenen
Indikatoren 162 übereinstimmen.
Es ist ein Strichcode dargestellt. Diese Daten werden in den Computer
zur Initialisierung geladen. Als nächstes wird das thermolabile
Produkt in dem Beutel in den Halter 150 gesetzt. Dann adressieren
Produkt und Halter 150 das Zugangsportal 80. Man
geht davon aus, dass der Computer genügend Eingaben erhalten hat,
so dass er den bevorzugten Algorithmus kennt (siehe z.B. 20A und 20B für Illustrationen
der bevorzugten Gefrierprofile), und diese Informationen sind in
einer Bibliothek von Profilen enthalten, die im Computer 190 gespeichert
ist. Die Halogenbirne 85 steuert somit das Protokoll im
Hinblick auf den Temperaturabstieg von Halter und Produkt, nachdem
das Produkt wie in 9 gezeigt geladen und abgesenkt wurde.
Auf der linken Seite der jeweiligen 20 ist
das Gefrierprofil ohne thermische Intervention in Abhängigkeit
von der Vorrichtungstemperatur dargestellt. Auf der rechten Seite
dieser Figuren sind die vorteilhaften Ergebnisse des Gefriervorgangs
mit geregelter Geschwindigkeit, in erster Linie durch Verlangsamen
des Prozesses, dargestellt. Anschließend liefert der Kopf 164 des
Roboterarms 160 das Produkt zu dem angemessenen Ort und
bringt Halter 150 und Produkt im Gestell 40 unter.
Nachdem das Produkt an seinem angemessenen Ort untergebracht wurde,
kann der Roboterarm geparkt, neu initialisiert oder erneut verwendet
werden.
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Zum
Entnehmen eines Halters 150 und Produkts greift der Bediener
auf den Steuercomputer 190 zu und ermittelt, welches Produkt
entnommen werden muss. Der Roboterarm 160 ortet das Produkt
im Halter 150, scannt den Indikator 162 (z.B. Strichcode),
dockt nach dem Prüfen
des Strichcodes magnetisch am Halter 150 an und entfernt
dann den Halter 150 und das Produkt aus dem Aufbewahrungsort,
wo er auf eine Hubvorrichtung 75 zugreift, die abgesenkt
wurde, um den Halter und das Produkt zu empfangen. Produkt und Halter
werden in ein entfernbares Gefäß wie ein
Dewargefäß 87 in
einer der Zugangsportalhubvorrichtungen gegeben. Das Dewargemß 87 ist
mit Flüssigstickstoff
gefüllt,
der über
einen Zapfhahn 88 an einer Seitenwand des Behälters eingefüllt wird.
Nach dem Füllen
des Dewargefäßes 87 mit
Flüssigstickstoff
wird die Hubvorrichtung 75 angehoben. Der redundante Sender 166 und
Empfänger 168 können den
Strichcode verifizieren. Zuletzt wird das Zugangsportal 80 geöffnet und
das Produkt steht für
den anschließenden
Gebrauch zur Verfügung.
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Nachdem
nun die Erfindung beschrieben wurde, müsste es ferner offensichtlich
sein, dass zahlreiche strukturelle Modifikationen und Adaptionen
möglich
sind, ohne von Umfang und Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen,
die oben dargelegt und im Folgenden in den Ansprüchen beschrieben wird.