FI125310B - Sähköpipetin jarrumekanismi - Google Patents

Description

Sähköpipetin jarrumekanismi Tausta Sähköpipetin liikekoneiston oleellisena osana on perinteisesti käytetty jarruttomia as-kelmoottoriin pohjautuvia ratkaisuja. Hyväksi yhdistelmäksi on kuitenkin osoittautunut patentin FI 87740 mukainen yhdistelmä johon kuuluu elektroninen jarru, DC-moottori ja enkooderilla varustettu takaisinkytketty toimilaiterakenne. Kyseisellä rakenteella saavutetaan pipetin toiminnan, koon ja painon suhteen parempi kokonaislop-putulos verrattuna askelmoottoriratkaisuihin. Tällä rakenteella saavutettu hyvät ominaisuudet ovat mm. kyky pysäyttää liike nopeasti ja edullinen koko-paino/nopeus-voima -suhde. Patentissa FI 87740 mainittu jarrulaite on toteutettu jousipalautteisella solenoidirakenteella. Tämän jarrurakenteen ongelmana on suuri virrankulutus mikä on epäedullinen ominaisuus akkukäyttöisessä pipetissä. Jarrun auki pitämiseksi solenoidiin tulee johtaa virtaa ja jarrun nopeuttamiseksi ja sen liikkeen nopeuttamiseksi sen jousen voimaa tulee lisätä, mikä taas lisää toiminnallista virrankulutusta.

Esillä olevan keksinnön mukainen jarrumekanismi ratkaisee yllä mainitut ongelmat. Keksinnön mukaista jarru toimilaitetta käytetään pipetin mäntää liikuttavan toimilaitteen liikkeen äkilliseen pysäyttämiseen. Keksinnön mukainen jarru toimilaite käsittää sähkömotorisen toimielimen joka kääntää pyörimisliikkeen pysäyttävää jarruosaa välitysmekanismin avulla.

Keksintö kohdistuu sähköpipetissä käytettävään jarrumekanismiin jota käytetään pipetin mäntää liikuttavan toimilaitteen liikkeen äkilliseen pysäyttämiseen. Mekanismi käsittää pyöritettävissä olevan, olennaisesti ympyrämuotoisen roottorin joka on kehällään varustettu säännöllisin välein järjestetyillä jarrukoloilla, sekä jarru toimilaitteen joka käsittää liikutuselimen, jarruelimen johon on liitetty jarrukolojen kanssa yhteen sovitettavissa oleva jarrunokka, välitysmekanismin liikutuselimen liikkeen välittämiseksi jarruelimeen, välitysmekanismin käsittäessä liikutuselimeen kytketyn käännettävän elimen joka on sovitettu toimimaan jarruelimen kanssa siten että käännettävän elimen liike on kiihdytettävissä ennen kuin se olennaisesti vaikuttaa jarruelimen liikkeeseen.

Edullisessa suoritusmuodossa jarruelimessä on aukko johon on sovitettu käännettävissä oleva elin, tässä vipu (2) joka on kääntyväksi sovitettu akselille (2a). Aukon muoto on sovitettu olemaan sellainen että käännettävissä oleva elin voi kääntyä kahden lukitun ääriasennon välillä. Edullisesti käännettävä elin kääntyy noin 180° ääriasennosta toiseen. Aukon koko kääntövipuun nähden on sellainen että se mahdollistaa kääntövivun liikkumisen kahden asennon välissä ja että kääntövivun asennosta riippuen aukossa kääntövipu pakottaa jarruelimen kääntymään akselinsa ympäri lukitusta asennosta vapaaseen asentoon, ja vapaasta asennosta lukittuun asentoon.

Edullisessa suoritusmuodossa roottorin jarrukolot käsittävät ulokkeet roottorin pysäyttämiseksi sekä kolot roottorin lukitsemiseksi jarrunokkaan nähden. Roottorissa olevat ulokkeet pysäyttävät roottorin jarrunokan lukkiutuessa yhteen ulokkeiden välissä olevaan koloon. Pyörimissuunnasta riippuen jarrunokka päätyy kuvissa 3a ylempään tai alempaan jarrukoloon. Roottorin pyöriessä vastapäivään jarrunokka lukkiutuu alempaan koloon ja myötäpäivään taas ylempään koloon.

Keksinnön mukaisessa jarruratkaisussa toimielin voi olla esimerkiksi DC-moottori, li-neaarisolenoidi tai vääntösolenoidi.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa jarru toimielin on kytkettynä jarruelimeen välitys-mekanismin avulla. Keksinnön mukaisen välitysmekanismin sisältävän ratkaisun ensimmäisenä etuna on jarruosan lukkiutuminen molempiin ääriasentoihin. Keksinnön mukaisen ratkaisun toisena etuna on liikkeen fyysisesti pysäyttävän jarruosan, eli kääntyvän elimen hetkellisesti suuri liikenopeus. Jarru toimielimen eli liikutuselimen (moottori) ja jarruelimen välinen välitysmekanismi mahdollistaa että jarrumoottori ehtii kiihtyä ennen jarruelimen roottorin pysäyttävän liikkeen alkamista. Tällöin kääntyvän elimen liike saavuttaa huippunopeuden lähes välittömästi liikkeensä alussa, jolloin jarruelin osuu hallitummin tavoitepalkkaansa pyörivässä roottorissa. Toisaalta jarruelimen suuri liikenopeus mahdollistaa pysäytettävälle osalle myös toiminnan kannalta edullisemman suuremman nopeuden jarrutushetkellä. Kolmantena etuna on että jar- ruelimen liikkeeseen saadaan jarru toimielimeen kiihdyksessä kerääntyneen liike-energian ansiosta voimaa heti liikkeen alkuun, mikä johtaa luotettavampaan jarrun aukeamiseen ja kiinni menoon.

Keksinnön mukainen välitysmekanismitoiminnallisuus voidaan toteuttaa kampiakseli-mekanismeilla tai nokkavälitysmekanismilla. Molemmissa välitysmekanismeissa jar-rutoimilaite kääntyy yhteensä noin 180 astetta ja liikkeen pysäyttävä jarruelin murto-osan tästä. Kampiakselimekanismissa jarruelin ja j arm toimilaite on kytketty toisiinsa kiertokangenvälityksellä. Tässä mekanismissa jarruosa saavuttaa suurimman kulmanopeutensa jarru toimielimen liikkeen ääripäiden välillä, nopeus on nolla tai lähes nolla ääripäissä. Edullisen suoritusmuodon mukaan varsinaisen pyörimisliikkeen pysäyttävää jarruelintä liikutetaan kampiakselimekanismia yksinkertaisemmalla nokkavälitysmekanismilla.

Keksinnön etuja tunnettuun tekniikkaan nähden on myös että keksinnön mukaisessa rakenteessa jarru lukitsee roottorin paikalleen ilman liikematkavirhettä aiheuttavaa välystä.

Keksinnön mukaisen rakenteen merkittävä etu on jarrun äärilaitoihin lukkiutumisomi-naisuus joka estää jarrun ei toivotun sulkeutumisen kesken ajon mikäli sähkönsaanti katkeaa. Tämä on erittäin tärkeä ominaisuus sillä kesken nopeanajon tapahtuva jarrutus voi rikkoa liikekoneiston.

Keksinnön mukaan jarrumoottori kääntää jarruelintä välitysmekanismin avulla edestakaisin. Edullisessa suoritusmuodossa jarruelin kääntyy noin 20°. Toisessa laidassa jar-ruelimen ”väkänen” lukitsee roottorin pyörimisliikkeen ja toisessa laidassa pyöriminen on vapautettu.

Kuvissa 1-4 on esitetty eräs tekninen ratkaisu tämän keksinnön mukaisen toiminnon saavuttamiseksi. Kuvassa 1 on kuvattuna jarruelin (1) joka on kiinnitetty jarrun runkoon niveltapistaan (Ib) siten, että se pääsee kääntymään. Jarruelimen jarrunokan (la) tehtävänä on pysäyttää roottorin (3) pyöriminen asettumalla roottorin jarrukoloon (3a). Kääntövipu (2) on lukittu sähkömoottorin (ei esitetty) akselille (2a) ja se sijaitsee siten, että sen liikkeen ääriasennoissa jarruelin on joko auki tai kiinni. Kuvan 1 tilanteessa jarru on kiinni ja jarruelimen ja kääntövivun keskinäinen sijainti ja geometria lukitsevat jarrun kiinni asentoon vaikka moottori ei ole päällä.

Kuvassa 2 moottori on kytketty päälle ja kääntövipu on päässyt vapaasti kiihtymään noin 90 astetta ja on juuri osumassa jarruelimeen.

Kuvan 3 tilanteessa kääntövipu on kääntynyt toiseen ääriasentoonsa ja samalla kääntänyt jarruelimen sen auki-asentoonsa. Myös tässä asennossa jarru on lukittuneena asentoonsa kuten kuvassa 1.

Kuvassa 4 ollaan kuvan 2 mukaisessa tilanteessa jarrun sulkemiseksi.

Kuvalla 5 on havainnollistettu mekanismilla saavutettavaa voimatuotto- ja no-peusetua. X-akselilla on aika ja Y-akselilla kulmanopeus. Kun moottori kytketään päälle hetkellä tl, se kiihtyy käyrän A mukaisesti. Käyrä B kuvaa jarruosan kulmanopeutta. Ajanhetkellä t2 kääntövipu osuu suurella nopeudella jarruelimeen kääntäen sen nopeasti toiseen ääriasentoonsa. Ajanhetkellä t3 osien liikkeet pysähtyvät ja jarru on lukossa toisessa äärilaidassa.

Claims (5)

1. Sähköpipetissä käytettävä jarrutusmekanismi käytettäväksi pipetin mäntää liikuttavan toimilaitteen liikkeen äkilliseen pysäyttämiseen, joka mekanismi käsittää pyöritettävissä olevan, olennaisesti ympyrämuotoisen roottorin (3) joka on kehällään varustettu säännöllisin välein järjestetyillä jarrukoloilla (3a), sekä jarrutoimilaitteen, joka käsittää liikutuselimen, jarruelimen (1) johon on liitetty jarrukolojen kanssa yhteen sovitettavissa oleva jarrunokka (la) , välitysmekanismin liikutuselimen liikkeen välittämiseksi jarruelimeen, välitysmekanismin käsittäessä liikutuselimeen kytketyn käännettävän elimen (2) joka on sovitettu toimimaan jarruelimen kanssa, tunnettu siitä, että käännettävä elin (2) on vipu jonka liike on kiihdytettävissä ennen kuin se olennaisesti vaikuttaa jarruelimen liikkeeseen, ja jarruelin käsittää vivun vastaanottavan aukon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jarrutusmekanismi, tunnettu siitä, että käännettävä elin on lukittavissa kahteen ääriasentoon.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jarrutusmekanismi tunnettu siitä, että liikutuselin on sähkömoottori.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jarrutusmekanismi, tunnettu siitä, että jarruelimen aukon muoto on sovitettu sellaiseksi että vipu voi kääntyä kahden ääriasennon välillä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jarrutusmekanismi, tunnettu siitä, että vivun liikkuessa aukossa mainittujen ääriasentojen välissä vipu pakottaa jarruelimen kääntymään nivelen (lb) ympäri asennosta jossa jarrunokka lukitsee roottorin asentoon jossa roottori on vapaa ja päinvastoin.