ITRE20110093A1 - Serratura elettromeccanica per autoclave sterilizzatrice - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto la serratura elettromeccanica con dispositivi di sicurezza per autoclavi sterilizzatrici ad uso medicale o da laboratorio per il ritegno del portello durante le fasi in pressione o depressione del ciclo termodinamico di sterilizzazione. Le autoclavi sterilizzatrici a vapore con camera di piccola o media capacità hanno usualmente un portello che si apre per rotazione su una cerniera applicata ad un suo lato mentre dal lato opposto un sistema di chiusura assicura il bloccaggio una volta che il portello venga accostato ed agganciato.

Nell'interfaccia portello-camera à ̈ alloggiata una guarnizione che garantisce la tenuta del vapore acqueo in pressione che si generta all'interno della camera e altresì impedisce l'ingresso dell'aria esterna quando nella camera si crea il vuoto (pressione relativa -0,9 bar) ; la guarnizione può essere alloggiata indifferentemente, secondo la scelta costruttiva, nella faccia del portello o della camera.

Le serrature prevalentemente in uso possono essere di tipo meccanico ad azionamento manuale o di tipo con asservimento elettromeccanico; per la stabilità in chiusura essi sfruttano, ad esempio, la irreversibilità di eccentrici o camme, della coppia vite madrevite o il superamento del punto morto di particolari leverismi.

Alcuni dì questi meccanismi di chiusura necessitano di un sistema di registrazione per compensare in fase di primo montaggio le tolleranze di fabbricazione e per recuperare, in esercizio, giochi e/o usure o variazione di elasticità della guarnizione causata dal suo invecchiamento.

Questi dispositivi di chiusura sono poi integrati da sistemi di sicurezza che proteggono l'intero ciclo operativo: una prima funzione di sicurezza à ̈ quella di far partire il ciclo solo a manovra di chiusura completata, altra funzione à ̈ quella di inibire l apertura del portello se in camera à ̈ presente o vapore

La messa in opera di queste sicurezze à ̈ talvolta più complessa della costruzione del dispositivo di chiusura stesso.

La sicurezza contro rotture di tipo meccanico degli organi della serratura à ̈ solitamente affidata al dimensionamento con adeguato grado di sicurezza od al raddoppio degli elementi facenti funzione.

La serratura elettromeccanica oggetto del presente trovato migliora l'aspetto registrazione portello in quanto l'attuatore a vite esegue la chiusura sino ad un determinato precarico della guarnizione e recupera automaticamente buona parte delle usure e dei giochi (oltre un determinato limite si deve intervenire anche sulle cerniere); il trovato assicura contro l'apertura manuale involontaria del portello durante il ciclo di sterilizzazione sia quando la camera à ̈ in pressione che quando à ̈ in depressione (il catenaccio potrebbe prendere gioco) ed infine il perno di chiusura a due elementi coassiali assicura un elevato grado di sicurezza dal punto di vista della resistenza meccanica nonché il blocco contro l’apertura portello in caso di rottura della vite di manovra.

Il presente trovato à ̈ rappresentato in una possibile ma non esclusiva esecuzione nei disegni da figura 1 a figura 8.

La figura 1 rappresenta la vista principale, longitudinale.della camera autoclave sterilizzatrice con relativi portello e serratura; la figura 2 Ã ̈ la vista frontale connessa alla figura 1.

La figura 3 rappresenta in dettaglio la serratura impegnata nel portello, in posizione di chiusura, secondo la vista da A; la figura 4 rappresenta in dettaglio il gruppo catenaccio di chiusura come ingrandimento parziale di figura 2.

La figura 5 rappresenta la sezione longitudinale della serratura, in posizione di chiusura e con camera in pressione ( p > 0 ) .

La figura 6 rappresenta la serratura come in figura 5, in po

in fase di vuoto (depressione) .

La figura 7 rappresenta la serratura di figura 5 in posizione di apertura.

La figura 8 rappresenta la situazione che si creerebbe a seguito della rottura della vite di manovra con il portello scostato dalla posizione di chiusura ma trattenuto in sicurezza dal perno di chiusura stesso.

La serratura elettromeccanica oggetto del presente trovato à ̈ l'evoluzione di meccanismi esistenti implementati con importanti funzioni relative alla sicurezza; inoltre viene semplificata, automatizzata ed ottimizzata la manovra di chiusura e viene sollevato l'operatore da sforzi manuali.

Essa si compone di due sottogruppi: il meccanismo motorizzato di chiusura (1) che viene applicato stabilmente all'esterno della camera autoclave (2) ed il gruppo catenaccio (3) applicato sulla faccia esterna del portello (4); completano la chiusura le cerniere (5) applicate al lato del portello opposto a quello su cui agisce la serratura e che sono tecnica nota e non influenti a fini del trovato.

Per eseguire la chiusura del portello, l'operatore deve semplicemente impugnare la maniglia (8) del catenaccio (7), fare scorrere il catenaccio verso l'alto, accostare il portello ed agganciare la testa (1 Od) del perno (10) che sporge dall'autoclave; a questo punto il microinterruttore (11) può fornire il consenso al ciclo di chiusura automatica e si comanda lo start premendo il relativo pulsante.

Il motoriduttore (18), tramite il giunto motore (17) e il giunto di Oldahm (16) pone in rotazione la madrevite (15) la quale richiama in traslazione il perno a vite (10) la cui testa (9) preme sul catenaccio (7), a sua volta trasmette la spinta al portello (4) che va a precaricare la guarnizione autoclavica di tenuta (19); la forza di tiro à ̈ costante, ripetitiva ed il portello viene mantenuto in posizione stabile per tutto il ciclo.

La manovra di apertura avviene con il comando di una rotazione opposta del motoriduttore, con lo sgancio manuale del catenaccio e l’apertura del portello. Le sicurezze meccaniche, di cui si dirà in seguito, impediscono aperture accidentali per forzatura; software e sicurezze elettriche impediscono aperture a ciclo non completato, a camera in pressione od a prodotto sterilizzato ad alta temperatura.

Si descrive ora in dettaglio come à ̈ costruita e come funziona la serratura: il meccanismo di chiusura richiede tre supporti portanti, solidali tra loro, ai quali vengono fissati rispettivamente il motoriduttore (18), la madrevite (15), Sa boccola di guida (28); il motoriduttore trasmette il moto rotatorio al giunto di Oldahm (16) il quale à ̈ in grado di compensare piccoli difetti di allineamento o coassialità derivanti da somma di tolleranze di costruzione o deformazioni elastiche sotto carico. Il giunto si impegna con la cava di trascinamento ricavata sulla madrevite (15) la quale à ̈ vincolata radialmente dal cuscinetto a sfere (20) ed assialmente dal cuscinetto assiale a rul!ini (21); il pacco fra madrevite, cuscinetti e parete di supporto (22) viene chiuso dall'anello elastico di arresto (23).

Dal perno di chiusura (10) sporge l'estremità filettata (24a) della vite centrale ad esso coassiale e solidale, questa estremità si accoppia alla madrevite (15), il tratto a diametro maggiorato (10b) à ̈ vincolato con la vite (26) al piastrino (27) aventi funzioni di antirotazione, il tratto cilindrico (10a) à ̈ guidato all'interno della boccola (28) e si prolunga oltre il piano di chiusura della camera con una rastrematura conica-cilindrica (10c) e termina con la testa (10d); poiché à ̈ presente la vite antirotazione (26), la rotazione della madrevite provoca un moto assiale del perno (10) che viene appunto sfruttato per il blocco e lo sblocco del portello. Su! portello viene creato un foro di diametro superiore a quello della testa (10d) in posizione tale che a portello accostato abbia l'asse coincidente con l'asse del meccanismo di chiusura; sulla faccia del portello opposta alla camera di sterilizzazione viene posizionato il catenaccio (7) che nelle figure à ̈ rappresentato di forma prismatica e con possibilità di corsa rettilinea. Detto chiavistello presenta una apertura circolare (32) con annessa asolatura (33) con estremità raggiata, concentrico con l'asse del raggio di fondo asola viene ricavato un incavo anulare (34) (in gergo tecnico denominato lamatura) di modesta profondità.

Le misure della apertura sopra descritta sono scelte nel seguente modo: il diametro del foro (32) deve essere di poco superiore a quello della testa (10d) in modo che essa possa attaversarlo, il raggio dell’asola deve essere di poco superiore al raggio della parte rastremata cilindrica (10c) (maggiorato di qualche decimo di millimetro), il diametro della lamatura di poco superiore a quello della testa (10d) e la sua profondità va scelta a seguito di prove sperimentali delle quali si parlerà in seguito (potrà risultare massimo dell'ordine di un paio di millimetri).

L'asse longitudinale dell'asola deve essere parallelo o coincidente con l'asse di scorrimento del catenaccio che, nell'esempio di figura 4, à ̈ l'asse che passa per i due rulli (24) posti all'interno delle asole di guida (31); la lunghezza di queste asole definisce la corsa che il catenaccio può compiere. Supponiamo di trovarci con portello aperto, autoclave caricata del materiale da sterilizzare e voler dar corso ad un ciclo: si afferra la maniglia (8), la si sospinge verso l'alto a fine corsa e si accosta il portello alla camera; il foro centrale del catenaccio si viene a trovare in asse con il tirante di chiusura, la testa (10d) passa oltre il catenaccio stesso e si può rilasciare la maniglia di modo che il catenaccio scenda per gravità andandosi ad agganciare nell'asola (33).

A fondo corsa il pernetto (12) preme sul microinterruttore (11) e fornisce il consenso allo start del ciclo; allo specifico comando sul pulsante il motoriduttore si mette in rotazione e come già descritto il tirante rientra, preme sul catenaccio e sul portello fino a precaricare la guarnizione di tenuta. Lo stop al moto di chiusura viene dal software che rileva due segnali vale a dire la chiusura del contatto del microinterruttore (14) (segnale di raggiungimento posizione) e l'intensità della corrente assorbita dal motorino elettrico che à ̈ sinonimo di precarico concluso (figure 3 e 5); solo la concomitanza dei due eventi à ̈ garanzia di chiusura completata.

Il carico in trazione imposto dal motoriduttore in chiusura risulta piuttosto modesto, detto carico aumenta considerevolmente quando, durante il ciclo, in camera si genera vapore saturo secco in pressione; la spinta risultante sviluppata sull'intera faccia del portello à ̈ considerevole e va a scaricarsi in parte sulle cerniere (5) ed in parte sul tirante della serratura. Gli organi interessati da questo carico sono nell'ordine la testa e lo stelo del tirante, l'estremità filettata (24a), la madrevite (15), il cuscinetto reggispinta (21) e la parete di supporto (22).

A fine ciclo di sterilizzazione l'apertura del portello avviene in modo inverso dove il consenso 10 fornisce il software e solo a ciclo concluso cioà ̈ quando in camera non à ̈ più presente vapore in pressione: al comando sul pulsante il motoriduttore ruota in senso contrario ed il tirante si muove in apertura, la vite (26) fa chiudere il contatto del micro (13) e lo spallamento (10e) va in battuta sulla boccola (28) (figura 7); viene rilevato il raggiungimento posizione d'apertura ed il picco di assobimento di corrente a cui segue l'arresto. A questo punto à ̈ possibile sollevare il catenaccio, sganciarlo dal tirante ed aprire il portello.

Esaminiamo ora gli elementi di sicurezza meccanica presenti nel trovato e quelli innovativi specificamente introdotti: il giunto di Oidahm (16) interposto tra giunto motore (17) e madrevite (15) compensa errori geometrici, deformazioni elastiche sotto carico, deformazioni da dilatazioni termiche e preserva l'alberino d'uscita del motoriduttore da sovraccarichi; la filettatura preferibilmente di passo fine dell'accoppiamento madrevite-vite à ̈ di tipo irreversibile e pertanto una volta raggiunta la posizione di chiusura questa rimane stabile anche in assenza di elementi frenanti.

Il nuovo elemento di sicurezza introdotto sul catenaccio e consistente nell'incavo (lamatura), dove appoggia la testa del tirante interviene in varie circostanze ma il massimo di valore aggiunto lo manifesta nelle fasi di vuoto; durante le fasi di vuoto frazionato nelle quali la pressione relativa raggiunge valori prossimi a - 0,9 bar il portello, sotto l'azione della pressione esterna (pressione atmosferica), viene come dire risucchiato e la guarnizione viene ulteriormente caricata e si schiaccia elasticamente con il risultato che il catenaccio da una situazione di carico si trova scarico, libero, si crea del gioco fra testa del tirante e catenaccio (vedi figura 6).

Ovviamente il catenaccio rimane in posizione per effetto gravità però in questa circostanza potrebbe venire sollevato senza fatica e creare una potenziale situazione di pericolo allorché la camera ritorna in pressione.

Durante le fasi in pressione la forzatura del catenaccio à ̈ difficoltosa perchà ̈ ostacolata dall'attrito sottotesta generato dalla spinta sul portello tuttavia ad inizio o fine ciclo dove Sa pressione del vapore à ̈ modesta una forzatura sul catenaccio potrebbe portare all'apertura del portello. La funzione del gradino generato dalla lamatura sulla sede di appoggio à ̈ appunto quella di impedire, in qualsivoglia circostanza, l'apertura involontaria del portello. La profondità della lamatura (34) va definita sperimentalmente rilevando il gioco assiale che si crea fra testa (10d) ed il catenaccio (7) nel momento di massima depressione in camera aggiungendo a questa misura il margine di sicurezza indicato con "m" in figura 6.

Altro innovativo elemento di sicurezza à ̈ costituito dal fermo meccanico che limita la corsa del dispositivo in apertura derivante dall'appoggio dello spallamento retto (10e) in battuta sulla boccola (28) ; questa sicurezza interviene nel caso di rottura degli elementi di ancoraggio (vite, madrevite, cuscinetto, parete di supporto) ed impedisce in tal caso l'apertura violenta del portello e relativo getto di vapore caldo.

La parete di supporto (30), l'anello di arresto (29) che fissa la boccola (28) devono essere idonei a reggere un carico equivalente alla spinta massima sulla serratura.

In figura 8 à ̈ schematicamente rappresentata la situazione di rottura della vite (24a) dove risulta evidente che il portello rimane decisamente in sicurezza e dove una guarnizione di buona elasticità sarebbe in grado di trattenere anche il vapore in camera; in ogni caso eventuali fuoriuscite di vapore sarebbero limitate e deviate in direzione non pericolosa.

Rimangono poi da valutare i vantaggi derivanti dalla costruzione del tirante di chiusura in esecuzione a doppi elementi coassiali rispetto a quell di un equivalente tirante monolitico l’elemento centrale vale a dire la vite (24) considerate la sua funzione portante può essere costruita con materiale ad alta resistenza e con trattamento termico, viceversa per il perno esterno (10), tenuto sempre conto della sua portante, si può privilegiare la scelta di un materiale idoneo ad un trattamento antiossidazione ed antiusura E' buona regola che i due elementi di cui sopra progettati in grado che ognuno, singolarmente preso, sia in grado di reggere in l’intera spinta che si scarica sulla serratura; una volta che siano perfettamente accoppiati ciascun organo funge da elemento di sicurezza nei confronti dell’altro relativamente a rotture che si manifestino su uno dei due e comprese nel tratto che va da sezione X-X di figura 8 alla testa (24b)

Si può pertanto affermare, ai fine della sicurezza, che a

sezione X-X la sicurezza contro eventuali rotture à ̈ garantita

mentre dalla sezione X-X alla testa (24b) la sicurezza à ̈ garantita da due organi resistenti in quanto un qualsiasi cedimento di uno di essi non pregiudica la capacità di resistere dell'altro Come variante costruttiva del catenaccio si accenna alla possibilità di assegnarli una forma a settore circolare anziché quella illustrata di asta ; le varianti consistono nel fatto che esso può essere fulcrato al centro della raggiatura ad esso assegnata, i fine corsa possono essere sia esterni al profilo che all'interno di un'asola . Il comportamento in lavoro à ̈ del tutto simile a quello descritto.

Gli organi strutturali di supporto del meccanismo di chiusura (1) vale a dire le pareti portanti (22) ,(30) e la flangia del motoriduttore (35) possono essere solidali alla camera autoclave o piu convenientemente far parte di una specifica o (36) sul quale il meccanismo può venire preassemblato, registrato, collaudato e successivamente applicato a semplici supporti della camera (6) ed ivi fissato con viti (9).

Il gruppo catenaccio , nella sua semplicità, viene direttamente applicato al portello, ivi registrato e testato in fase di collaudo finale della intera autoclave,

Con questo tipo di serratura sono ridotte al minimo le esigenze di registrazioni del portello durante l'esercizio che si rendono necessarie qualorta si verifichino fuoriuscite di vapore con camera in pressione o infiltrazioni di aria in fase di vuoto; il meccanisco di chiusura consente il recupero dei giochi, dei cedimenti elastici di portello e guarnizione in quanto la fine della azione di serraggio à ̈ legata fondamentalmente all’assorbimento di corrente connessa col precarico della guarnizione.

L’applicazione della presente serratura può essere singola o multipla; in questo secondo caso più unità possono venire opportunamente disposte alla periferia della camera secondo la geometria, le dimensioni della camera stessa o secondo la rigidezza del portello cercando di ripartire uniformemente i carichi gravanti su ogni singola unità. Nell'Impiego multiplo si devono apportare opportune varianti al software in modo da rendere indipendenti per ciascun meccanismo le funzioni di controllo della corrente assorbita dal motorino in modo che il ciclo di sterilizzazione possa avere inìzio solo quando tutte le singole fasi di chiusura siano completate.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Serratura elettromeccanica per autoclave sterilizzatrice con dispositivi di sicurezza risultante dallabbinamento di un meccanismo di chiusura (1), posizionato sul lato esterno della camera di sterilizzazione (2) e di un gruppo catenaccio (3) posizionato sulla faccia esterna del portello (4), composta da: - un motoriduttore (18), un giunto di trasmissione (16), una madrevite (15) supportata dai cuscinetti di rotolamento (20) e (21), un perno (10) con testa terminale (10d) ed accoppiato stabilmente con la vite di chiusura (24), una vite con funzione antirotazione (26), una boccola di scorrimento (28), un catenaccio di chiusura (7) con annessa maniglia (8) e con guide di scorrimento (31) impegnate nei rulli (25), - caratterizzato dal fatto che una volta accostato manualmente il portello (4) ed agganciato il catenaccio alla testa del perno (10d), si può azionare la serratura la quale, tramite la rotazione della madrevite (15) sulla vite (24), fa traslare il perno (10) verso la posizione di chiusura precaricando la guarnizione di tenuta (19); questa serratura possiede importanti elementi di sicurezza in quanto in primo luogo la vite di manovra non ammette moto retrogrado, in secondo luogo il piccolo incavo (34) che accoglie la testa del perno (10d) sul catenaccio (7) impedisce lo scorrimento per forzatura accidentale o indotta del catenaccio stesso e infine che lo spallamento (10e) del perno (10), nel caso di rottura della vite (24a) o di danneggiamento della madrevite (15) e/o relativi cuscinetti, va a contrasto con la boccola (28) ed impedisce la completa apertura del portello; 2. Serratura elettromeccanica secondo la rivendicazione 1 caratterizzata da un meccanismo motorizzato fissato alla autoclave costituito da un motoriduttore (18), da un giunto motore (17), dal giunto di Oldahm (16) o giunto equivalente, da una madrevite di manovra (15) vincolata bilateralmente alla parete di supporto (22) per mezzo del cuscinetto radiale (20) e del cuscinetto-assiale (21), da una boccola di guida (28) vincolata alla parete (30) con anello di arresto (29) o sistema di fissaggio equivalente ; il giunto (16) à ̈ in grado di compensare dìsassamenti costruttivi e di trasmettere coppia torcente da motoriduttore a madrevite senza indurre sovrasollecitazioni all'albero d'uscita del motoriduttore; 3. Serratura elettromeccanica secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata da un perno di chiusura composto da due elementi, il perno (10) ed il tirante (24) accoppiato al suo interno mediante filettatura e con le rispettive teste in muto appoggio cosi da comportarsi come un unico elemento; il tirante interno si contraddistingue per la testa (24b) e la estremità filettata (24a) che si accoppia alla madrevite (15); nel perno (10) si identificano vari tratti con diverse funzioni: un tratto cilindrico (10a) atto ad accoppiarsi con gioco nella boccola di guida (28), uno spallamento retto (10e) in corrispondenza del passaggio di sezione con il tratto a diametro maggiorato (10b), una rastrematura troncoconica seguita da un tratto cilindrico (10c) terminante infine con una testa in risalto (10d), una vite antirotazione (26) avvitata all'esterno del tratto (10b) e la cui testa può scorrere nell’asola del piastrino (27) avente la funzione di trasformare il moto rotatorio della madrevite (15) in moto rettilineo di traslazione del perno (10) funzionale all'apertura e chiusura del portello (4); 4. Serratura elettromeccanica secondo la rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che la costruzione del perno di chiusura in due elementi consente di scegliere materiali e trattamenti termici appropriati alle specifiche tecniche richieste ai singoli elementi quali elevata resistenza meccanica per il tirante (24) e proprietà antiusura ed antiossidazione per il perno (10); presenta inoltre minori probabilità di rotture in quanto dopo aver dimensionato ogni singola sezione resistente all’intero carico in gioco, ciascun elemento funge da sicurezza per l’altro e ciò vale per eventuali rotture che si verifichino in uno dei due tra la sezione X-X e la testa (24b) 5. Serratura elettromeccanica secondo le rivendicazioni 2, 3 e 4 caratterizzata dal fatto che 10 spallamento retto (10e), definito dal passaggio di sezione tra il tratto cilindrico (10a) ed 11 tratto maggiorato (10b), contrapposto alla faccia (28a) della boccola (28), funge sia da fine corsa in apertura sia da fermo di sicurezza contro eventuale rottura della vite di manovra o di danneggiamento della madrevite e/o relativi cuscinetti di supporto e pertanto evita improvvise aperture del portello con fuoriuscita di vapore; 6. Serratura elettromeccanica secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata da! catenaccio (7) accostato al portello (4) che presenta un foro circolare (32) con annessa asola (33) e che, azionato manualmente tramite la maniglia (8) compie un movimento con traiettoria guidata dai rulli (25) impegnati nelle corsie di guida (31), a fine corsa à ̈ in grado di agganciarsi alla testa del tirante (1 Od); 7. Serratura secondo le rivendicazioni 3, 4 e 6 caratterizzata da un piccolo incavo di forma anulare (34) ricavato sulla faccia del catenaccio (7) in asse col raggio di fondo asola, in corrispondenza dell'appoggio della testa (10d), la cui profondità à ̈ scelta in modo che risulti superiore al cedimento elastico della guarnizione quando all'interno della camera di sterilizzazione si genera il vuoto ed il portello viene risucchiato; questo ribasso assicura il catenaccio contro ogni possibile movimento ad esso imposto volontariamente od accidentalmente sino a quando la serratura non viene portata in posizione di apertura; 8. Serratura elettromeccanica secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dalla possibilità di assemblare direttamente il gruppo di chiusura (1) su elementi di supporto integrati nella camera o di preassemblare il gruppo in una incastellatura o telaio di supporto (36) indipendente da fissare poi, con appropriate viti di fissaggio (9), agli attacchi (6) della camera autoclave;