ITTO20110009A1 - Centrifuga da laboratorio, con sistema di caricamento e scaricamento continuo dei contenitori, con rotore in rotazione - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale avente per titolo:

“Centrifuga da laboratorio, con sistema di caricamento e scaricamento continuo dei contenitori, con rotore in rotazioneâ€

La presente invenzione riguarda una centrifuga (utilizzabile laddove si renda necessaria l’operazione di centrifugazione come ad esempio, ma non limitatamente, un laboratorio di analisi cliniche o di produzione di reagenti chimici o biologici) che, munita di dispositivi specificamente ideati, à ̈ in grado di ammettere recipienti (provette da laboratorio, flaconcini o altro), chiusi e/o aperti, contenenti fluidi di qualsiasi tipo e natura e restituirli automaticamente, man mano che terminano il ciclo di centrifugazione, senza mai fermare la rotazione del rotore.

Più specificatamente si tratta di una centrifuga, costituita principalmente da tre gruppi di componenti: un particolare rotore, un selettore/estrattore dei contenitori, posto al centro del rotore e in rotazione con questo, ma che ruota anche su se stesso ed indipendentemente dal rotore, per selezionare gli alloggiamenti da scaricare, o ricaricare; e un braccio robotizzato, munito di braccetti motorizzati, atti a caricare e scaricare i contenitori, dal selettore/estrattore centrale.

Il rotore à ̈ costituito da un volano di equilibratura sul quale à ̈ montata una corona di alloggiamenti o celle, atti a ospitare i contenitori da centrifugare. Il fondo degli alloggiamenti à ̈ prolungato con un condotto a U, rivolto verso il basso, e nel fondo di ogni cella à ̈ inserito un pistoncino scorrevole.

Al centro del rotore, su un prolungamento dell’albero principale del rotore della centrifuga, ruota un dispositivo selettore/estrattore, calettato su di un secondo albero che passa all’interno dell’albero principale. Nella parte bassa del selettore, si trovano uno o più dispositivi in grado di fare penetrare all’interno dei condotti a U del rotore, un estrattore formato da un cavetto flessibile, atto a spingere il pistoncino, e il contenitore che si trova nella cella, in modo da farlo uscire nella direzione dell’estremità aperta della cella, vincendo la spinta della forza centrifuga. Nella parte alta del selettore, in corrispondenza del o delle celle interessati, si trovano uno o più canali a culla, destinati ad accogliere il o i contenitori in uscita dalle celle selezionate, e ad accogliere in seguito quelli in entrata, che saranno spinti negli alloggiamenti dalla forza centrifuga, al momento che l’estrattore, o gli estrattori saranno ritirati.

Il braccio robotizzato à ̈ munito all’estremità, di un motore brushless, sincronizzato con il numero di giri del motore della centrifuga, e sul motore sono calettati uno o più braccetti, quanto sono gli estrattori e le culle. Questi braccetti sono muniti di perni di allineamento e trascinamento, oltre che di dispositivi pneumatici, in grado di prelevare dalle culle, i contenitori già centrifugati, o alimentare le culle con dei nuovi. Il tutto mentre il rotore della centrifuga e i braccetti, ruotano alla velocità di centrifugazione impostata. A operazione terminata, i braccetti sono staccati dal selettore e fermati, per andare a depositare i contenitori centrifugati, e prelevarne altri da centrifugare, da stazioni di deposito e alimentazione appositamente adibite.

La centrifuga à ̈ dotata di dispositivi elettronici di gestione computerizzati, di dispositivi di movimentazione del selettore/estrattore, di dispositivi di movimentazione degli estrattori, di dispositivi di movimentazione del braccio robotizzato, e di sensori atti al buon funzionamento, di tutto l’apparato.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ di poter fornire, ai moderni laboratori di analisi, o nelle linee di produzione di farmaci o altro, una centrifuga refrigerata o non, che carichi e scarichi, automaticamente ed in continuo, contenitori di varie fogge e dimensioni man mano che terminano il ciclo di centrifugazione, senza mai fermare la rotazione del rotore.

Nelle linee automatizzate moderne, le centrifughe attuali in commercio, creano un†collo di bottiglia†a monte della centrifuga, e un flusso a ondate a valle, dovuto al fatto che la centrifuga, rimane ferma per tutto il tempo del caricamento, che richiede un tempo di lancio e centrifugazione e che richiede ulteriore tempo per essere fermata e scaricata; il ché riduce drasticamente la produttività dell’impianto.

Pertanto una centrifuga oggetto di applicazione del presente ritrovato, risolverebbe il problema, poiché i contenitori da centrifugare, che siano provette da laboratorio, flaconi o altro, sarebbero caricati nella centrifuga in rotazione, man mano che arrivano, e scaricati man mano che finiscono il ciclo di centrifugazione. Con il risultato di un notevole aumento di produttività di tutto il laboratorio.

Altre caratteristiche scopi e vantaggi della presente invenzione, diverranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, in una sua forma di realizzazione attualmente preferita, riportata a titolo illustrativo e non limitativo, e in base alle figure dei disegni allegati in cui:

La figura 1 mostra, un disegno in sezione di una centrifuga destinata a trattare provette da laboratorio, ma questa potrebbe essere adattata, per qualsiasi altro tipo di contenitore cilindrico, o altro.

La figura 2 mostra, in A il rotore, con il selettore/estrattore al centro, visti in pianta, per un sistema a due culle per accogliere le provette. In B il selettore visto in sezione, e in C i due estrattori visti in pianta.

La figura 3 mostra in A, la centrifuga vista in pianta con il braccio robotizzato, nelle due posizioni di carico, e di scarico delle provette. Mentre in B vediamo la centrifuga in sezione, con il braccio ruotato di 180° per semplif icare la vista dei particolari.

Con riferimento ai disegni da 1 a 3, e in particolare alla figura 1, vediamo l’insieme della centrifuga, dove in 1, vediamo la sezione della corona porta provette, in 2, una cella della provetta, in 3 un condotto a U, in 4 un pistoncino, in 5 un piccolo magnete inserito nel pistoncino, in 6 un cavetto flessibile che scorre in un condotto 8 creato nel corpo del selettore 29, Poi in 7 vediamo un piccolo magnete inserito nel cavetto estrattore, in 9 vediamo il volano equilibratore della centrifuga, calettato sull’albero cavo principale 10, all’interno della vasca 30. Mentre in 11 vediamo una culla nella parte superiore del selettore/estrattore 29, destinata ad accogliere la provetta in uscita dalla cella 2; come possiamo vedere dal lato opposto 27.

Poi in 12 vediamo un perno molleggiante inserito nel corpo del braccetto 14, che va a collimare con il foro 28, creato sul top del selettore/estrattore 29. Mentre in 15 vediamo una particolare ventosa pneumatica, montata su di un attuatore, e collegata ad una pompa a vuoto 49, tramite il collettore pneumatico multiplo 22, e un’elettrovalvola 51. Poi in 16 vediamo un attuatore pneumatico, collegato ad un compressore 50, tramite il collettore multiplo 22 e un’elettrovalvola 52. In 23 vediamo il braccio robotizzato 23, che effettua un movimento di rotazione, e uno verticale, e all’estremità vediamo il collettore pneumatico multiplo 22, montato sull’albero 24, accoppiato al motore brushless 21, munito di encoder di velocità e di posizioni. Poi sull’albero 24, sono montati i due braccetti di prelievo 14.

In 18 vediamo un secondo albero cavo, sul quale nella parte superiore, à ̈ calettato il gruppo selettore/estrattore 29, e nella parte bassa della centrifuga à ̈ calettato sullo stesso albero, il gruppo di gestione 20, sul quale sono montati uno o due motori stepper 36, accoppiati alla ruota dentata 34, e questa à ̈ calettata sull’albero principale10. Pertanto i motori stepper 36, con i pignoni 35, da fermi faranno ruotare il selettore estrattore 29, assieme al rotore, ma se attivati ruoteranno attorno alla ruota dentata 34, in modo che il selettore/estrattore 29 si posizioni in corrispondenza delle celle da vuotare, o caricare. Sullo stesso gruppo di gestione à ̈ montato un anello di supporto 37, sul quale à ̈ montata una scheda elettronica 38, alimentata in corrente tramite le spazzole 40, e dialogante con la scheda madre 43, tramite sistema Wi-Fi o altro. Questo sistema permette di gestire i motori stepper 36, pur essendo questi in rotazione. Poi tramite cavi che passano all’interno dell’albero cavo 18, la stessa scheda gestisce anche i motoriduttori 42, e i finecorsa che movimentano i cavetti 6, tramite i pignoni 39 e 41, e le pulegge 47.

In 31 e 33 vediamo poi i cuscinetti della centrifuga. Mentre vediamo sui braccetti 14, una sede 25, atta ad accogliere le ventose pneumatiche 15, con le provette 27, in provenienza dalle culle 11, o viceversa quelle da centrifugare.

Con riferimento alla figura 2 vediamo in A, il selezionatore/estrattore 29, visto in pianta, e pertanto possiamo vedere i due canali a culla 11, con una provetta 27, in provenienza da una cella 2, mentre con 28, vediamo i due fori che accoglieranno i perni di allineamento e trascinamento dei braccetti.

Sempre in figura 2, in B vediamo il selettore/estrattore 29 in sezione, che ruota sull’albero 10, ma à ̈ calettato sull’albero 18 mosso dai motori stepper, Mentre vediamo due motoriduttori 42, che fanno ruotare tramite i pignoni 39 e 41, due pulegge 47, atti a trascinare in avanti, o in dietro i cavetti 6,. Poi sul top del selezionatore 29, vediamo una boccola di centratura 55, dove andrà a inserirsi il perno di centratura dei braccetti, in 28 i due fori di allineamento, e in 11 le due culle di accoglienza, delle provette in uscita dalle celle.

Sempre con riferimento alla figura 2, in C vediamo il dispositivo estrattore con le due pulegge 47, che premono sul cavetto estrattore 6, per mezzo delle molle 53, per trascinare in avanti o indietro il cavetto estrattore 6, che scorre nel condotto 8, per penetrare nel condotto a U 3.

Questo meccanismo di trascinamento del cavetto 6, à ̈ dato a titolo di empio, ma può essere sostituito da qualsiasi altro, in base alle scelte ingegneristiche dei vari componenti in commercio, e alla portata del tecnico medio esperto del ramo, senza uscire dall’ambito di protezione della presente privata industriale.

Con riferimento alla figura 3 vediamo in A, la centrifuga vista dall’alto, con il braccio robotizzato 23, in tratteggiato nella posizione di scarico delle provette, poi in posizione di carico delle provette da centrifugare. Vediamo poi nel coperchio di protezione 26 della centrifuga, un’apertura 48 destinata a far passare i braccetti 14 ancora fermi.

Mentre in B vediamo la centrifuga in sezione, con il braccio 23 ruotato di 180 gradi per facilitare la visione. Noteremo in tratteggiato i braccetti nella posizione di lancio in rotazione sincronizzati con la velocità del rotore. Poi vediamo una stazione di scarico 56, dove la provetta centrifugata viene riposta per essere prelevata dal sistema del laboratorio. Per la stazione di prelievo delle provette da centrifugare, può essere adottato lo stesso piano inclinato con l’aggiunta di un alimentatore automatizzato. I particolari delle stazioni di alimentazione, e deposito non sono specificati, poiché esistono numerose soluzioni equivalenti, in base alla scelta dei vari componenti esistenti in commercio, e in base al grado di automazione del laboratorio di destinazione; e quindi alla portata del tecnico medio esperto del ramo. Le soluzioni sono innumerevoli, e la loro menzione sarebbe inutile e limitativa, nell’ambito dell’invenzione; così come per il braccio robotizzato, non sono descritti i particolari di movimentazione di questo, per semplificazione, e chiarezza della descrizione.

La presente formula di costruzione della centrifuga, à ̈ stata descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione attualmente preferita, ma si comprenderà che in pratica, potranno essere apportate varianti e modifiche, ad esempio il numero dei braccetti e degli estrattori, potrebbe variare per aumentare la velocità di caricamento, secondo scelte ingegneristiche successive, senza uscire dall’ambito di protezione, della presente privata industriale. Ad esempio ancora, in caso di centrifuga refrigerata, per evitare problemi di condensa su i componenti elettrici, si potrà mettere un motoriduttore per il trascinamento dei cavetti, sullo stesso supporto ruotante 20 dei motori stepper, con l’aggiunta di un terzo albero 19, e pignoni 39,41, 44,45 e 46, come possiamo vedere nella figura 3 in B.

Con riferimento alle figure da 1 a 3 verrà ora illustrato il funzionamento della centrifuga secondo la presente invenzione, sempre in versione per provette da laboratorio.

A centrifuga vuota e lanciata a velocità di centrifugazione, la provetta che arriva sul piano inclinato 56 (figura 3 B), viene prelevata dalla ventosa pneumatica 26, controllata dall’elettrovalvola 51, collegata tramite il collettore pneumatico 22 alla pompa a vuoto 49.

La provetta presa dalla ventosa viene ospitata nella sede 25, tramite l’attuatore 16, collegato tramite il collettore 22 all’elettrovalvola 52, e al compressore 50. A questo punto il motore brushless 21 farà mezzo giro controllato dall’encoder di posizione, per passare al caricamento del secondo braccetto 14. (Quest’ultima operazione può essere eliminata, con l’aggiunta di una seconda stazione di deposito e di prelievo).

Nel frattempo il selezionatore/estrattore 29 (figura 1) in rotazione al centro del rotore, sarà fatto ruotare, mosso dai motori stepper 36, per allineare le culle, e i cavetti con le due prime celle da riempire. Fatto questo, i motoriduttori 42, saranno azionati e faranno ruotare le pulegge 47, per fare penetrare i due cavetti estrattori 6, dentro i condotti a U 3, quando il magnete 7 del cavetto, incontrerà quello del pistoncino 5, terrà saldamente il pistoncino attaccato al cavetto, scorrendo fino all’ingresso della cella 2, come possiamo vedere dal lato opposto in 6 B. Nel frattempo il braccio robotizzato 23, porterà i braccetti 14 al centro della centrifuga con il perno 54, in allineamento con la boccola di centratura 55 e i braccetti 14 allineati con la fessura 48; il braccio 23, sarà abbassato nella posizione che vediamo in tratteggiato alla figura 3 B. Poi il motore brushless 21, sarà lanciato alla stessa velocità del rotore, e il braccio robotizzato 23, sarà ulteriormente abbassato, come in figura 1. A questo punto viene interrotta l’alimentazione del motore brushless 21, i braccetti 14 rallenteranno, permettendo ai perni molleggiati 12, sempre in figura 1, di penetrare nei fori di trascinamento 28. Avremo così i braccetti 14, perfettamente allineati con le culle 12, che ruoteranno trascinati dal motore della centrifuga, gli attuatori 16 saranno abbassati e le ventose rilasceranno le provette nelle culle 11 come in 27, ritraendo poi le ventose vuote. I motoriduttori 42 saranno fatti ruotare in senso inverso riportando i cavetti estrattori 6 al puto primario, assieme ai pistoncini 4 in fondo alle celle 2, e con questi anche le provette spinte dalla forza centrifuga. Le due prime provette sono state caricate e cominciano il loro ciclo di centrifugazione, e così fino al caricamento completo della centrifuga.

Supponiamo adesso, che le due celle che abbiamo caricato, siano le ultime due della serie, e che ci sono già le due provette caricate per prime, che hanno terminato il ciclo di centrifugazione; i motori stepper 36 faranno ruotare il selettore/estrattore 29, centrando le due nuove celle interessate, trascinando con sé i braccetti 14, poi i motoriduttori 42 faranno penetrare come visto prima i cavetti estrattori 6, nei condotti 3, per spingere i pistoncini e le provette da sostituire, vincendo la spinta della forza centrifuga. Le due provette saranno adagiate nelle culle 11, come possiamo vedere in 27, sempre in figura 1. A questo punto non rimane che prelevarle con le ventose aspirate 15, come abbiamo già visto. Poi il braccio robotizzato 23, sarà alzato per staccare i perni di trascinamento 12 dal selettore, come in tratteggiato, e il motore brushless 21 frenato elettronicamente, per rallentarlo e fermarlo in allineamento con la fessura di uscita, controllato dall’encoder di posizione. Il braccio robotizzato 23, sarà sollevato ancora, e andrà a depositare le provette centrifugate, nella stazione di deposito, facendo l’operazione inversa del caricamento. Poi il braccio si fermerà per caricare due nuove provette, nella stazione di carico, e tornerà nella centrifuga a depositarle. Nel frattempo le due provette caricate per seconde avranno terminato il ciclo, e cosi il selettore/estrattore 29, andrà a posizionarsi su queste due celle, trascinando con sé i braccetti 14, per ricominciare l’operazione, e via di seguito.

La presente invenzione à ̈ stata descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione attualmente preferita, ma si comprenderà che in pratica, potranno essere apportate varianti e modifiche, senza uscire dall’ambito di protezione della presente privata industriale.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Centrifuga da laboratorio, con sistema di caricamento e scaricamento continuo di contenitori, preferibilmente provette da laboratorio o flaconcini, con un rotore (1) in rotazione, caratterizzata dal fatto di essere atta a caricare e scaricare i contenitori senza fermare la rotazione del rotore (1); e di essere costituita da un selettore estrattore dei contenitori (29), atto a selezionare le celle (2) da caricare o scaricare, e da un braccio robotizzato (23) munito di braccetti motorizzati (14) atti a scaricare e ricaricare i contenitori in culle (11), per depositarli in una stazione di deposito (56).
2. 2. Centrifuga da laboratorio secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le celle (2) per i contenitori sono disposte a corona, e il fondo di ogni cella (2) Ã ̈ prolungato con un condotto a U (3) atto a guidare un cavetto estrattore (6), e che in ogni cella (2) Ã ̈ inserito un pistoncino (4) atto a spingere il contenitore fuori dalla cella (2).
3. 3. Centrifuga da laboratorio secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che al centro della corona (1) ruota assieme ad essa un gruppo selettore estrattore (29), in grado di ruotare pure su sé stesso per selezionare le celle (2) da vuotare o caricare.
4. 4. Centrifuga da laboratorio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il gruppo selettore estrattore (29) à ̈ solidale con la piastra (20) per mezzo di un albero (18), detta piastra (20) essendo atta a ruotare attorno ad una ruota dentata (34) per mezzo di motori (36) e pignoni (35), detti motori (36) essendo gestiti da una scheda elettronica (38) anch’essa montata sulla stessa piastra (20) in rotazione, alimentata elettricamente tramite collettore e spazzole (40), e dialogante con una scheda madre di gestione (43) tramite un sistema di trasmissione senza fili.
5. 5. Centrifuga da laboratorio secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che, in corrispondenza dell’imbocco del condotto a U (3), vi sono i cavetti flessibili (6) mossi da meccanismi, atti a far penetrare nei condotti a U (3) i cavetti (6) per spingere i pistoncini (4) assieme ai contenitori che si trovano nelle celle (2) e farli adagiare in apposite culle (11) ricavate nella parte superiore del selettore (29).
6. 6. Centrifuga da laboratorio secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che i cavetti flessibili (6) sono mossi da meccanismi (39, 41, 47) o (19, 39, 41, 44, 45, 46, 47) e motoriduttori (42) gestiti da una scheda elettronica (38) .
7. 7. Centrifuga da laboratorio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il braccio robotizzato (23) à ̈ dotato dell'uno o più braccetti (14) messi in rotazione da un motore (21), detti braccetti (14) essendo muniti di mezzi di centratura (54, 55) e di mezzi di trascinamento (12, 28) atti a far allineare i braccetti (14) con le culle (11) e far ruotare i braccetti (14) trascinati dal gruppo selettore (29) nella rotazione e selezione delle nuove celle (2) da vuotare e ricaricare.
8. 8. Centrifuga da laboratorio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i braccetti (14) sono dotati di mezzi di movimentazione pneumatici (16) atti a muovere delle ventose pneumatiche (15), atte a prelevare i contenitori (27) dalle culle (11) per portarli in apposite sedi (25) ricavate nei braccetti (11).
9. 9. Centrifuga da laboratorio secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che i mezzi di movimentazione pneumatici (16) e le ventose pneumatiche (15) essendo in rotazione, sono collegati pneumaticamente alle proprie elettrovalvole (51, 52) per mezzo di un collettore pneumatico (22) a più stadi.
10. 10. Centrifuga da laboratorio secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che l’albero principale (10) e l’albero secondario (18) sono cavi, e accolgono alla loro estremità il gruppo di movimentazione del selettore, composto da componenti (20, 34, 35, 36, 37, 38, 40), lasciando passare al loro interno i cavetti di gestione dei motoriduttori (42) e dei fine corsa dei cavetti (6).